__builtin_xxx指令学习【1】__builtin_expect

__builtin_expect是GCC编译器提供的一个内置函数，用于告诉编译器一个分支的执行概率，以便编译器在生成机器码时进行优化。它的语法如下：

__builtin_expect (long exp, long c)

其中，exp是一个表达式，c是一个常量。__builtin_expect的返回值是exp的值，但是编译器会根据c的值来优化代码，使得exp的执行更加高效。

__builtin_expect的使用背景是，现代CPU的分支预测机制可以预测分支的执行概率，从而提高程序的执行效率。但是，如果分支的执行概率与预测不符，就会导致CPU的流水线被清空，从而降低程序的执行效率。因此，为了让CPU的分支预测机制更加准确，我们可以使用__builtin_expect来告诉编译器一个分支的执行概率，从而让编译器生成更加优化的机器码。

具体来说，如果一个分支的执行概率很高，编译器会将这个分支的代码放在CPU的指令缓存中，从而加速分支的执行。如果一个分支的执行概率很低，编译器会将这个分支的代码放在CPU的指令缓存之外，从而避免浪费CPU的指令缓存。

一般使用的话我们需要封装一下宏

// 引入__builtin_expect函数来增加条件分支预测的准确性
#ifdef __GNUC__
#  define SDK_LIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 1)          // x很可能为真  
#  define SDK_UNLIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 0)        // x很可能为假
#else /* __GNUC__ */
#  define SDK_LIKELY(x) (x)
#  define SDK_UNLIKELY(x) (x)
#endif /* __GNUC__ */

下面是一个demo

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {
        if (SDK_LIKELY(i % 2 == 0)) {
            sum += i;
        } else {
            sum -= i;
        }
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "Sum: " << sum << "\n";
    std::cout << "Time: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count() << "ms\n";
    return 0;
}

该代码耗时215ms

不加SDK_LIKELY耗时219ms，提升效果不是很明显

需要注意的是：

__builtin_expect指令只有在分支的执行概率与预测不符的情况下才能提高程序的执行效率。如果分支的执行概率与预测相符，那么__builtin_expect指令就没有任何作用。因此，如果程序中的分支都已经被CPU的分支预测机制正确预测了，那么使用__builtin_expect指令也无法提高程序的执行效率。