likely() 和unlikely() 编译器提示的学习示例

Question

我如何向学生演示likely和unlikely编译器提示（__builtin_expect）的可用性？

你能写一个示例代码吗，有这些提示的代码与没有提示的代码相比会快几倍。

Answer 1

这是我使用的斐波那契数列的一种非常低效的实现：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
#include <time.h>
#include <assert.h>

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

uint64_t fib(uint64_t n)
{
    if (opt(n == 0 || n == 1)) {
        return n;
    } else {
        return fib(n - 2) + fib(n - 1);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int i, max = 45;
    clock_t tm;

    if (argc == 2) {
        max = atoi(argv[1]);
        assert(max > 0);
    } else {
        assert(argc == 1);
    }

    tm = -clock();
    for (i = 0; i <= max; ++i)
        printf("fib(%d) = %" PRIu64 "\n", i, fib(i));
    tm += clock();

    printf("Time elapsed: %.3fs\n", (double)tm / CLOCKS_PER_SEC);
    return 0;
}

为了演示，使用 GCC：

~% gcc -O2 -Dopt= -o test-nrm test.c
~% ./test-nrm
...
fib(45) = 1134903170
Time elapsed: 34.290s

~% gcc -O2 -Dopt=unlikely -o test-opt test.c
~% ./test-opt
...
fib(45) = 1134903170
Time elapsed: 33.530s

少了几百毫秒。这种增益归功于程序员辅助的分支预测。

但现在，程序员真正应该做的事情是：

~% gcc -O2 -Dopt= -fprofile-generate -o test.prof test.c
~% ./test.prof 
...
fib(45) = 1134903170
Time elapsed: 77.530s  /this run is slowed down by profile generation.

~% gcc -O2 -Dopt= -fprofile-use -o test.good test.c
~% ./test.good
fib(45) = 1134903170
Time elapsed: 17.760s

通过编译器辅助的运行时分析，我们成功地将时间从原来的 34.290 秒减少到 17.760 秒。比程序员辅助的分支预测好得多！

Answer 2

从这个博客 帖子。我认为“可能”和“不太可能”大多已经过时了。非常便宜的 CPU（示例中的 ARM Cortex A20）具有分支预测器，并且无论是否进行跳转，都不会受到惩罚。当您引入可能/不可能时，结果将相同或更差（因为编译器生成了更多指令）。