linux中的likely和unlikely...

 

分支声明
对于条件选择语句,gcc内建了一条指令用于优化,在一个条件经常出现,或者该条件很少出现的时候,编译器可以根据这条指令对条件分支选择进行优化。内核把这条指令封装成了宏,比如likely()和unlikely(),这样使用起来比较方便。

例如,下面是一个条件选择语句:
if (foo) {
    /* .. */
}
如果想要把这个选择标记成绝少发生的分支:
/* 我们认为foo绝大多数时间都会为0.. */
if (unlikely(foo)) {
    /* .. */
}
相反,如果我们想把一个分支标记为通常为真的选择:
/* 我们认为foo通常都不会为0 */
if  (likely(foo)) {
      /* .. */
}

<think>好的,用户想了解C语言中的likelyunlikely宏定义及其优化提示。首先,我得回忆一下C语言的关键字,确定这两个是否是原生关键字。根据我的知识,C标准里并没有likelyunlikely作为关键字,所以它们应该是通过宏实现的。 接下来,我需要查阅相关资料,特别是Linux内核或一些优化相关的代码,因为之前好像听说过这两个宏在内核中被广泛使用。根据用户提供的引用[1]、[2][4],likelyunlikely是使用GCC的__builtin_expect内建函数来定义的。它们的定义通常是这样的:#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1),这样告诉编译器条件x更可能为真,反之unlikely则是预期为假。 然后,我需要解释这两个宏的作用,主要是优化分支预测。程序运行时,CPU的分支预测器会尝试预测条件分支的方向,如果预测正确,流水线效率高,否则会有性能损失。通过使用这两个宏,程序员可以将自己的先验知识告诉编译器编译器优化代码的布局,将更可能执行的分支放在前面,减少跳转带来的开销。 另外,需要提到这些宏是GCC特有的,属于编译器扩展,不属于标准C,因此可能在其他编译器如MSVC中不可用。用户需要注意可移植性问题。 还要考虑使用场景,比如在错误处理或高概率事件中应用unlikelylikely。例如,在循环中检查错误码,如果错误很少发生,可以用unlikely包裹,让编译器优化这部分代码的位置。 可能还需要举一个例子,说明如何在实际代码中使用这些宏,比如在条件判断前加上likely,帮助编译器优化。 最后,总结使用时的注意事项,比如确保条件概率的判断正确,避免滥用,以及考虑可移植性。此外,用户的问题可能涉及性能优化,可能需要提到其他优化技巧,如循环展开、内存对齐等,但根据问题范围,重点应保持在likelyunlikely上。 现在,需要将这些信息组织成结构清晰的中文回答,并生成相关问题。确保符合格式要求,如行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,但这个问题可能不需要数学公式,所以重点在代码块引用标注。同时检查引用是否正确,每个引用标识对应到用户提供的参考资料中。</think>### C语言中`likely``unlikely`宏的定义及优化原理 #### 1. 宏定义与语法 在C语言中,`likely``unlikely`**并非原生关键字**,而是通过GCC编译器扩展`__builtin_expect`实现的宏定义,主要用于优化分支预测。其典型定义如下[^1][^2]: ```c #define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1) #define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0) ``` - `!!(x)`:将任意值转换为布尔值(0或1),确保表达式逻辑一致性。 - `__builtin_expect(exp, value)`:提示编译器`exp`的预期结果大概率是`value`(1表示真,0表示假)。 #### 2. 作用与优化原理 分支预测是CPU流水线技术的关键机制。若预测失败,CPU需清空流水线并重新加载指令,导致性能损失。通过`likely``unlikely`,程序员可向编译器提供分支条件的先验知识,使其生成更优的指令布局: - **优化指令顺序**:将高概率分支代码放在条件跳转指令附近,减少CPU取指延迟。 - **减少分支预测错误**:通过调整分支权重,提高CPU预测准确率。 例如,在错误处理中,失败分支通常概率极低: ```c if (unlikely(error)) { // 错误处理(低概率分支) } else { // 正常流程(高概率分支) } ``` #### 3. 使用场景与示例 **典型场景**: - 循环中的退出条件(如`unlikely(terminate)`)。 - 高频触发的状态检查(如`likely(data_ready)`)。 - 错误处理或异常路径(如`unlikely(malloc_fail)`)。 **代码示例**: ```c // 假设数据就绪是高频事件 if (likely(data_ready)) { process_data(); } else { retry_fetch(); } ``` #### 4. 注意事项 - **编译器依赖**:`__builtin_expect`是GCC/Clang扩展,其他编译器(如MSVC)可能不支持[^4]。 - **概率准确性**:错误的方向提示可能导致性能下降。 - **可读性**:过度使用可能降低代码可维护性,需权衡优化收益。 #### 5. 性能验证方法 可通过以下方式验证优化效果: 1. **反汇编**:检查分支指令的布局是否按预期调整。 2. **性能分析工具**:如`perf stat`测量分支预测失败率(Branch-misses)。 3. **基准测试**:对比使用宏前后的吞吐量或延迟。 ###
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