__builtin_expect函数

本文主要是介绍__builtin_expect函数，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、背景

在很多源码如Linux内核、Glib等,我们都能看到likely()和unlikely()这两个宏，通常定义如下

#define likely(x)      __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)    __builtin_expect(!!(x), 0)

可以看出这2个宏都是使用函数 __builtin_expect()实现的, __builtin_expect()函数是GCC的一个内建函数(build-in function).

二、分析

在gcc中，原文如下

— Built-in Function: long __builtin_expect (long exp, long c)

You may use __builtin_expect to provide the compiler with branch prediction information. In general, you should prefer to use actual profile feedback for this (-fprofile-arcs), as programmers are notoriously bad at predicting how their programs actually perform. However, there are applications in which this data is hard to collect.

The return value is the value of exp, which should be an integral expression. The value of c must be a compile-time constant. The semantics of the built-in are that it is expected that exp == c. For example:

          if (__builtin_expect (x, 0))foo ();

would indicate that we do not expect to call foo, since we expect x to be zero. Since you are limited to integral expressions for exp, you should use constructions such as

          if (__builtin_expect (ptr != NULL, 1))error ();

翻译过来大概是，

你期望 exp 表达式的值等于常量 c, 看 c 的值, 如果 c 的值为0(即期望的函数返回值), 那么 执行 if 分支的的可能性小,如果为1，则执行if分支的可能性很大。

例子1 :由于期望 x == 0, 所以执行func()的可能性小，编译器优化直接执行else

if (__builtin_expect(x, 0))
{func();
}else{　//do someting
}

例子2 : 期望 ptr !=NULL这个条件成立(1), 所以执行func()的可能性小

if (__builtin_expect(ptr != NULL, 1))
{　　　//do something
}
else{　func();
}

更加常用的使用方法是将__builtin_expect指令封装为likely和unlikely宏：

#define likely(x)      __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)    __builtin_expect(!!(x), 0)

首先,看第一个参数!!(x), 他的作用是把(x)转变成"布尔值", 无论(x)的值是多少 !(x)得到的是true或false, !!(x)就得到了原值的"布尔值"。也就是说，使用likely()，执行 if 后面的语句的机会更大，使用 unlikely()，执行 else 后面的语句的机会更大。
 

三、__builtin_expect函数的作用

为什么我们在代码中要使用__builtin_expect函数？它究竟有什么作用呢?

现在处理器都是流水线的，系统可以提前取多条指令进行并行处理，但遇到跳转时，则需要重新取指令，跳转指令打乱了CPU流水线。因此，跳转次数少的程序拥有更高的执行效率。

在C语言编程时，会不可避免地使用if-else分支语句，if else 句型编译后, 一个分支的汇编代码紧随前面的代码，而另一个分支的汇编代码需要使用JMP指令才能访问到。很明显通过JMP访问需要更多的时间, 在复杂的程序中,有很多的if else句型,又或者是一个有if else句型的库函数,每秒钟被调用几万次，通常程序员在分支预测方面做得很糟糕, 编译器又不能精准的预测每一个分支,这时JMP产生的时间浪费就会很大。

因此，引入__builtin_expect函数来增加条件分支预测的准确性，cpu 会提前装载后面的指令，遇到条件转移指令时会提前预测并装载某个分支的指令。编译器会产生相应的代码来优化 cpu 执行效率。GCC在编译过程中，会将可能性更大的代码紧跟着前面的代码，从而减少指令跳转带来的性能上的下降, 达到优化程序的目的。

参考：

Other Builtins - Using the GNU Compiler Collection (GCC)

__builtin_expect函数解析_wwwlyj123321的博客-CSDN博客_builtin_expect

__builtin_expect 说明 - 简书

这篇关于__builtin_expect函数的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---