c - 可能(x)和 __builtin_expect((x)，1)

Question

我知道内核大量使用 likely 和 unlikely 宏。宏的文档位于 Built-in Function: long __builtin_expect (long exp, long c)。 .但他们并没有真正讨论细节。

编译器究竟如何处理 likely(x) 和 __builtin_expect((x),1)？

它是由代码生成器还是优化器处理的？

它是否取决于优化级别？

生成的代码示例是什么？

Answer 1

我刚刚在 gcc 上测试了一个简单的例子。

对于 x86，这似乎由优化器处理并取决于优化级别。虽然我猜这里的正确答案是“这取决于编译器”。

生成的代码依赖于 CPU。一些 cpus(sparc64 立即进入我的脑海，但我敢肯定还有其他的)在条件分支指令上有标志，告诉 CPU 如何预测它，因此编译器根据构建的生成“预测真/预测假”指令在编译器的规则和代码的提示中(如 __builtin_expect)。

英特尔在此处记录了他们的行为:https://software.intel.com/en-us/articles/branch-and-loop-reorganization-to-prevent-mispredicts .简而言之，英特尔 CPU 的行为是，如果 CPU 没有关于分支的先前信息，它将预测前向分支不太可能被采用，而向后分支很可能被采用(考虑循环与错误处理)。

这是一些示例代码:

int bar(int);
int
foo(int x)
{
    if (__builtin_expect(x>10, PREDICTION))
        return bar(10);
    return 42;
}

编译(我使用 omit-frame-pointer 使输出更具可读性，但我仍然在下面清理它):

$ cc -S -fomit-frame-pointer -O0 -DPREDICTION=0 -o 00.s foo.c
$ cc -S -fomit-frame-pointer -O0 -DPREDICTION=1 -o 01.s foo.c
$ cc -S -fomit-frame-pointer -O2 -DPREDICTION=0 -o 20.s foo.c
$ cc -S -fomit-frame-pointer -O2 -DPREDICTION=1 -o 21.s foo.c

00.s 和 01.s 之间没有区别，这表明这取决于优化(至少对于 gcc 而言)。

这是为 20.s 生成的(清理过的)代码:

foo:
    cmpl    $10, %edi
    jg  .L2
    movl    $42, %eax
    ret
.L2:
    movl    $10, %edi
    jmp bar

这里是 21.s:

foo:
    cmpl    $10, %edi
    jle .L6
    movl    $10, %edi
    jmp bar
.L6:
    movl    $42, %eax
    ret

正如预期的那样，编译器重新安排了代码，以便我们不希望采用的分支在前向分支中完成。