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c++ - 编译器是否有某些优化启发式来支持分支预测？如果不是，为什么不呢？

coder 2024-02-19 原文

这个问题主要是阅读后的跟进 this article Aater Suleman 从软件方面改进分支预测。作者提供了一种“展开”条件语句的方法，以增加在 2 位饱和计数器方案的情况下预测采用的分支的概率。这是一个摘录:

Let me explain with an example. Lets suppose that X is random variable between 0 and 99. I want to run the following code:

if (X > 5 && X < 95) //branch is taken 90% of the time
do_something();

但是，如果我将代码写成:

if(X > 5) //branch is taken 95% of the time
if(X < 95) //branch is taken 95% of the time
do_something();

分支预测器可以更好地更准确地预测这两个分支，这可能会带来更好的性能，因为分配给这两个分支的计数器更有可能在采取时保持饱和(因为两个不采取的可能性较小)。

一般来说，无论何时在 if 语句中对条件进行 ANDing/ORing，您都应该考虑这种组合是偏向性更高还是偏向性更小，然后选择偏向性更高的版本。

我的问题是:编译器是否一直遵循这种启发式？编译器甚至有权做这样的事情，因为编译器存在于 ISA 的范围内，而架构和分支预测方案存在于处理器和更具体的硬件实现的范围内？

我的直觉是，以这种方式扩展控制语句不会损害性能，但与此同时，我无法找到编译器进行此类优化的任何证据。如果是这样，他们为什么不呢？我在推理中遗漏了什么，有人可以提供一个示例，说明这种优化对特定架构或预测方案是有害的吗？

谢谢。

最佳答案

看来苏莱曼并没有意识到这一点

if (X > 5 && X < 95)
  do_something();

和

if(X > 5)
  if(X < 95)
    do_something();

在 C 和 C++ 中语义等价。最新的 C 标准规定 (6.5.13/4):

Unlike the bitwise binary & operator, the && operator guarantees left-to-right evaluation; if the second operand is evaluated, there is a sequence point between the evaluations of the first and second operands. If the first operand compares equal to 0, the second operand is not evaluated.

编译器可能会或可能不会为两个代码示例生成相同的代码。重写您的程序以使用一种或另一种形式来提高性能并不是一个好主意。结果在很大程度上取决于编译器版本、ISA 和可能更多的变量。将此类优化留给编译器，但为编译器提供所需的信息。

一些编译器，比如 GCC 和 LLVM 允许你像这样给出明确的提示:

if (__builtin_expect(X > 5, 1)) {
  // This block is likely to be taken.
}
if (__builtin_expect(X <= 5, 0)) {
  // This block is unlikely to be taken.
}

另一种方法是使用配置文件引导优化。第一步需要对您的程序进行一次或多次测试，以生成一个数据库，其中包含有关分支指令的统计信息。在第二步中，编译器可以使用该数据库来优化您的程序。有关详细信息，请参阅您的编译器手册。

关于c++ - 编译器是否有某些优化启发式来支持分支预测？如果不是，为什么不呢？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/14148895/

启发式启发blockquotesectionthec++ccompiler-optimizationcpu-architecture

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