【ELL】ell学习之__builtin_expect（likely-unlikely）

一、前述

在很多源码如Linux内核、Glib等,我们都能看到likely()和unlikely()这两个宏,通常这两个宏定义是下面这样的形式。

// __builtin_expect()函数是GCC的一个内建函数(build-in function).
// found in include/linux/compiler.h#define likely(x)   __builtin_expect(!!(x), 1)  // 表示 x 的值为真的可能性更大；
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)  // 表示 x 的值为假的可能性更大。// ELL上常用于：malloc/strdup/hexdump/free/debug 等等

二、函数描述

由于大部分程序员在分支预测方面做得很糟糕，所以GCC 提供了这个内建函数来帮助程序员处理分支预测.

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, 否则执行 else 分支的可能性小(函数的返回值等于第一个参数 exp).

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.

通常，你也许会更喜欢使用 gcc 的一个参数 ‘-fprofile-arcs’ 来收集程序运行的关于执行流程和分支走向的实际反馈信息,但是对于很多程序来说,数据是很难收集的。

三、使用方法

例子1 : 期望 x == 0, 所以执行func()的可能性小
if (__builtin_expect(x, 0))  // 对应unlikely(x)
{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))  // 对应likely(ptr != NULL)
{　　//do something
}
else
{func();
}

四、原理

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,

函数__builtin_expert()就是用来解决这个问题的.

五、参考

https://kernelnewbies.org/FAQ/LikelyUnlikely