编程中likely和计算机基本原理关系

1.概述

c/c++编程中会看到likeyly和unlikey的使用，其定义如下：

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

_builtin_expect 这个指令是 gcc 引入的。该函数作用是允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器，来辅助系统进行分支预测。当正确地使用了__builtin_expect后，编译器在编译过程中会根据程序员的指令，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。

2.示例

#include <stdio.h>                                                                                                                                         
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)  __builtin_expect(!!(x), 0)

int main(int argc, char *argv[])
{
 int n;
 n = atoi(argv[1]);

 if (likely(n > 10)){
  n = n + 2;
 } else {
  n = n - 2;
 }
 printf("%d\n", n);
 return 0;
}
~  

编译：

/arm-linux-androideabi-gcc -pie -fPIE  -g -fprofile-arcs -O2 -o likely likely.c

反汇编代码：

     fd0:   e350000a    cmp r0, #10
     fd4:   da00000f    ble 1018 <main+0x6c>
     fd8:   e1c420d8    ldrd    r2, [r4, #8]
     fdc:   e2801002    add r1, r0, #2
     fe0:   e2922001    adds    r2, r2, #1

小于10 ble跳转到1018代码处理，否则继续执行，即n+2指紧接者执行的。

把上面代码linkey替换成unlikey的反汇编代码：

  fcc:   ebffff57    bl  d30 <atoi@plt>
     fd0:   e350000a    cmp r0, #10
     fd4:   ca00000f    bgt 1018 <main+0x6c>
     fd8:   e1c421d0    ldrd    r2, [r4, #16]
     fdc:   e2401002    sub r1, r0, #2

可以看到此时大于10发生了跳转（前面是小于10），n-2是紧接着执行的。

3.原理

likely优化性能的原因主要有两个方面：

• 根据cpu的流水线的执行原理，likely帮助编译器将大概率执行的代码紧挨着当前的pc地址，避免分支预测失败的惩罚。
• 利用计算机的局部性原理，可以有利于将大概率执行的代码一次性加载到cache line。