分支可能性提示是否通过函数调用进行？

Question

我遇到过一些场景，我想说一个函数的返回值很可能在函数体中，而不是调用它的 if 语句。

例如，假设我想将代码从使用 LIKELY 宏移植到使用新的 [[likely]] 注释。但这些在语法上不同的地方：

#define LIKELY(...) __builtin_expect(!!(__VA_ARGS__),0)
if(LIKELY(x)) { ... } 

对

if(x) [[likely]] { ... }

没有简单的方法可以重新定义 LIKELY 宏以使用注释。会定义一个类似的函数

inline bool likely(bool x) { 
  if(x) [[likely]] return true;
  else return false;
}

将提示传播到 if?喜欢在

if(likely(x)) { ... }

同样，在通用代码中，在实际的if 语句中直接表达算法似然性信息可能很困难，即使该信息在其他地方是已知的。例如，copy_if 谓词几乎总是为假。据我所知，没有办法用属性来表达，但是如果分支权重信息可以通过函数传播，这是一个已解决的问题。

到目前为止，我还没有找到有关此的文档，并且我不知道通过查看输出的程序集来测试它的良好设置。

Answer 1

对于不同的编译器来说，故事似乎是复杂的。

在 GCC 上，我认为您的内联 likely 函数有效，或者至少有一些效果。使用 Compiler Explorer 测试此代码的差异：

inline bool likely(bool x) { 
  if(x) [[likely]] return true;
  else return false;
}

//#define LIKELY(x) likely(x)
#define LIKELY(x) x

int f(int x) {
    if (LIKELY(!x)) {
        return -3548;
    }
    else {
        return x + 1;
    }
}

这个函数f 将1 加到x 并返回它，除非x 是0，在这种情况下它返回-3548。 LIKELY 宏在激活时向编译器指示x 为零的情况更为常见。

这个版本没有任何变化，在 GCC 10 -O1 下生成这个程序集：

f(int):
        test    edi, edi
        je      .L3
        lea     eax, [rdi+1]
        ret
.L3:
        mov     eax, -3548
        ret

将#define 更改为带有[[likely]] 的内联函数，我们得到：

f(int):
        lea     eax, [rdi+1]
        test    edi, edi
        mov     edx, -3548
        cmove   eax, edx
        ret

这是条件移动而不是条件跳转。我猜是一场胜利，尽管只是一个简单的例子。

这表明分支权重通过内联函数传播，这是有道理的。

然而，根据@Peter Cordes 的报告，在 clang 上，对可能和不太可能的属性的支持有限，而且似乎没有通过内联函数调用传播。

不过，我认为有一个 hacky 宏解决方案也可以：

#define EMPTY()
#define LIKELY(x) x) [[likely]] EMPTY(

然后是这样的

if ( LIKELY(x) ) {

变得像

if ( x) [[likely]] EMPTY( ) {

然后变成

if ( x) [[likely]] {

.

示例：https://godbolt.org/z/nhfehn

但请注意，这可能仅适用于 if 语句，或者在 LIKELY 括在括号中的其他情况下。

Answer 2

gcc 10.2 至少可以进行这个推断（使用-O2）。

如果我们考虑以下简单的程序：

void foo();
void bar();

void baz(int x) {
    if (x == 0)
        foo();
    else
        bar();
}

然后compiles to:

baz(int):
        test    edi, edi
        jne     .L2
        jmp     foo()
.L2:
        jmp     bar()

但是，如果我们在else 子句上添加[[likely]]，生成的代码changes to

baz(int):
        test    edi, edi
        je      .L4
        jmp     bar()
.L4:
        jmp     foo()

使得条件分支的未采取的情况对应于“可能”的情况。

现在，如果我们将比较结果放到一个内联函数中：

void foo();
void bar();

inline bool is_zero(int x) {
    if (x == 0)
        return true;
    else
        return false;
}

void baz(int x) {
    if (is_zero(x))
        foo();
    else
        bar();
}

我们又是back to the original generated code，在bar() 案例中采用分支。但是如果我们在is_zero 的else 子句上添加[[likely]]，我们就会see the branch reversed again。

但是，clang 10.0.1 并未展示此行为，并且似乎在此示例的所有版本中完全忽略了 [[likely]]。

Answer 3

是的，它可能会内联，但这毫无意义。

即使您升级到支持这些 C++ 20 属性的编译器，__builtin_expect 仍将继续工作。您可以稍后重构它们，但这纯粹是出于审美原因。

另外，您对LIKELY 宏的实现是错误的（实际上是UNLIKELY），正确的实现如下。

#define LIKELY( x )   __builtin_expect( !! ( x ), 1 )
#define UNLIKELY( x ) __builtin_expect( !! ( x ), 0 )