查看分支编码_高性能编码规范驳斥（一）

准备写一个系列，驳斥一下这些年我整理/设计的高性能编码规范里，哪些是没有意义的。为什么会没有意义呢？有的原因可能是规则本身是有问题的，有的原因可能是编译器会帮我们优化，有的可能存在局限性，还有可能有些其他原因。

第一个规则：

如果循环体内存在逻辑判断，宜将逻辑判断移到循环体的外面。

这是部门社招主观题的一个考点，也是一本老书《大话处理器》里关于代码优化的章节开头的例子。形如下述代码：

for(i = 0; i < N; i++)
{if(A)DoSomething();elseDoOthers();
}

一般认为是低效的，因为循环内做了条件判断，推荐代码形如：

if(A)
{for(i = 0; i < N; i++)DoSomething();
}
else
{for(i = 0; i < N; i++)DoOthers();
}

理论分析下：

1.如果A是常量/宏，编译器应能优化掉另一个分支；

2.如果A是变量，处理器应有分支预测功能，特别是现在一些强大的芯片，用于预测的空间应该是很大的。也就是说，对于变化较少的变量，依赖芯片的分支预测功能，这个规则是没有意义的。

3.如果A是经常变化的变量，处理器应不会进行预测，在这个场景下，这个规则应该是有意义的。

4.再从设计上分析下，方式二有循环语句重复，应该是要尽量避免的。

针对1，设计代码如下:

低效代码low.c：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int a = 1;
int sum = 0;
#define N 1000000
int main()
{clock_t start, end;start = clock();for(int i = 0; i < N; i++){if(a)sum += i;elsesum = sum + 2 * i ;}end = clock();printf("%ld", end - start);
}

高效代码high.c：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int a = 1;
int sum = 0;
#define N 1000000
int main()
{clock_t start, end;start = clock();if(a)for(int i = 0; i < N; i++)sum += i;elsefor(int i = 0; i < N; i++)sum = sum + 2 * i ;end = clock();printf("%ld", end - start);
}

结果如下：

从这个实验结果里能得出的结论如下：

低效写法在大部分情况下效率确实低；
在这个典型写法下，10亿次与100万次循环，low和high的差距比例变化不大，均在30%左右；
a=0，即分支预测失败时，low变化不大，high性能恶化24%，low high差距缩小为5%。
（O2与O1差不多）O1优化下，差距比例扩大为50%；
用const声明变量a，O0下二者几乎一样。存疑。
O3优化二者几乎一样；存疑。

根据3，应有如下编码建议：

执行概率高的分支应放在概率低的分支前面。

对于疑问5，取gcc -O0 -fverbose-asm -S low.c，查看汇编发现，相比于非const，const仅仅是把a替换成了1，能把low代码性能提升30%！从汇编上似乎解释不了，推测应该是流水带来的收益。应有如下编码建议：

对于版本确定无疑的开关，应使用const或者宏，不应使用普通变量。

对于疑问6，查看汇编发现，low代码结构已优化成与high的基本相同，即在循环外层进行条件判断。还是存疑，有没有可能O3通过分析代码，明确按照a=1的分支编译。进一步，将a改为0，发现汇编代码顺序没有发生变化，开销均变为a=1的2倍。所以应有如下结论：

文章开头提到的编码规范在O3下没有意义。

如果条件a与循环下标i有关系，没法优化，不在本文讨论的范围内。

本文通过几组实验，说明了下面几个有意义的结论：

文章开头提到的编码规范在O3下没有意义，考虑到循环语句重复，我认为不应再坚持这个编码规范；
执行概率高的分支应放在概率低的分支前面；
对于版本确定无疑的开关，应使用const或者宏，不应使用普通变量。