编译器是否具有某些优化启发式方法来支持分支预测？如果没有，为什么不呢？

Question

这个问题主要是在阅读了Aater Suleman关于从软件方面改进分支预测的文章后的后续问题。作者提供了一种“展开”条件语句的方法，例如在2位饱和计数器方案的情况下增加预测分支的概率。这里有一个努力：

我举个例子解释一下。让我们假设X是0到99之间的随机变量。我想运行下面的代码:

如果（X

但是，如果我将代码编写为：

如果(X

分支预测器更有可能更准确地预测这两个分支，这可能会导致更好的性能，因为分配给这两个分枝的计数器更有可能在执行时保持饱和（因为两个未执行的计数器不太可能）。

一般来说，任何时候当你在if语句中对条件进行and/or运算时，你都应该考虑这个组合是偏向性更大还是偏向性更小，然后选择偏向性更大的版本。

我的问题是：编译器是否一直遵循这种启发式方法？编译器是否有权做这样的事情，因为编译器存在于ISA的范围内，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影响性能，但同时我还没有找到任何证据表明编译器进行了这种优化。如果是这样，为什么他们不呢？我的推理中遗漏了什么？有人能提供一个例子，说明这种优化对于某个架构或预测方案是有害的吗？

谢谢。

Answer 1

您可以通过用以下代码替换这段代码来避免这两个分支

if (((unsigned int) X) - 6 < 88)
    do_something ();

__builtin_expect显然无法更改条件是true还是false。它主要用于执行分支比未执行分支慢的处理器。因此编译器将编译

if (__builtin_expect (condition, 0))
    statement;

morestuff ();

对此:

if (condition) goto elsewhere;
backhere: morestuff ();

....

elsewhere: statement; goto backhere;

因此，通常没有分支被占用，而不是通常的分支

if (! condition) goto nextstatement;
statement;
nextstatement: morestuff ();

但在问题中，事情不是这样运作的。如果（电点 1

Answer 2

苏勒曼似乎没有意识到

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

和

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

在 C 和 C 中在语义上是等价的。最新的 C 标准状态 （6.5.13/4）：

与按位二进制不同

编译器可能会也可能不会为这两个代码示例生成相同的代码。重写程序以使用一种或另一种形式来提高性能不是一个好主意。结果将在很大程度上取决于编译器版本、ISA，以及可能更多的变量。将这种类型的优化留给编译器，但为编译器提供所需的信息。

一些编译器（如GCC和LLVM）允许您给出如下显式提示：

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.
}

另一种方法是使用轮廓引导优化。第一步需要运行一个或多个程序测试，以生成包含分支指令统计信息的数据库。在第二步中，编译器可以使用此数据库优化程序。有关详细信息，请参阅编译器手册。