gcc 分支预测

Question

这是我的演示程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int cmp(const void *d1, const void *d2)
{
    int a, b;

    a = *(int const *) d1;
    b = *(int const *) d2;

    if (a > b)
        return 1;
    else if (a == b)
        return 0;

    return -1;
}

int main()
{
    int seed = time(NULL);
    srandom(seed);

    int i, n, max = 32768, a[max];

    for (n=0; n < max; n++) {

        int r = random() % 256;
        a[n] = r;

    }

    qsort(a, max, sizeof(int), cmp);

    clock_t beg = clock();

    long long int sum = 0;

    for (i=0; i < 20000; i++) 
    {
        for (n=0; n < max; n++) {
            if (a[n] >= 128)
                sum += a[n];
        }
    }

    clock_t end = clock();

    double sec = (end - beg) / CLOCKS_PER_SEC;

    printf("sec: %f\n", sec);
    printf("sum: %lld\n", sum);

    return 0;
}



unsorted
sec: 5.000000
sum: 63043880000

sorted
sec: 1.000000
sum: 62925420000

这是该程序两个版本的汇编差异，一个带有qsort，一个没有：

--- unsorted.s  
+++ sorted.s    
@@ -58,7 +58,7 @@
    shrl    $4, %eax
    sall    $4, %eax
    subl    %eax, %esp
-   leal    4(%esp), %eax
+   leal    16(%esp), %eax
    addl    $15, %eax
    shrl    $4, %eax
    sall    $4, %eax
@@ -83,6 +83,13 @@
    movl    -16(%ebp), %eax
    cmpl    -24(%ebp), %eax
    jl  .L7
+   movl    -24(%ebp), %eax
+   movl    $cmp, 12(%esp)
+   movl    $4, 8(%esp)
+   movl    %eax, 4(%esp)
+   movl    -32(%ebp), %eax
+   movl    %eax, (%esp)
+   call    qsort
    movl    $0, -48(%ebp)
    movl    $0, -44(%ebp)
    movl    $0, -12(%ebp)

据我了解的程序集输出，排序后的版本由于将值传递给qsort 而只有更多代码，但我没有看到任何分支优化/预测/任何东西。也许我看错了方向？

Answer 1

分支预测不是您在汇编代码级别看到的；它是由 CPU 自己完成的。

Answer 2

Built-in Function：长__builtin_expect (long exp, long c)

您可以使用__builtin_expect 为编译器提供分支预测信息。 一般来说，你应该更喜欢使用实际的 对此的个人资料反馈 (-fprofile-arcs)，因为程序员是 众所周知，他们不擅长预测他们的程序的实际执行情况。 但是，有些应用程序很难收集这些数据。

返回值为exp的值，应该是一个整数表达式。内置的语义是预计 exp == c。例如：

if (__builtin_expect (x, 0))
  foo ();

表示我们不希望调用foo，因为我们希望x 为零。由于您仅限于exp 的积分表达式，因此您 应该使用诸如

之类的结构

if (__builtin_expect (ptr != NULL, 1))
  foo (*ptr);

在测试指针或浮点值时。

否则分支预测由处理器决定...

Branch prediction 预测分支目标并启用 处理器在分支为真之前很久就开始执行指令 执行路径是已知的。所有分支都使用分支预测 用于预测的单元 (BPU)。本单元预测目标地址不 只基于分支的 EIP 也基于执行 执行到达此 EIP 的路径。 BPU 可以 有效预测以下分支类型：

• 条件分支。

• 直接调用和跳转。

• 间接调用和跳转。

• 返回。

---

The microarchitecture tries to overcome this problem by feeding the most probable branch into the pipeline and execut[ing] it speculatively.

...Using various methods of branch prediction.