一个代码标记让性能飙升:聊聊 C++20 的分支预测

开发
C++20 就给我们带来了这样一个"押宝"的小技巧 -[[likely]] 和[[unlikely]] 属性,它们就像是我们在编译器耳边悄悄说的小秘密。

想象一下,你是一个赌场里的老手,看到一个新手在那里玩硬币猜正反面。你偷偷发现这枚硬币有点特别 - 正面朝上的概率高达 90%!这时候,你肯定会毫不犹豫地押正面对吧?

C++20 就给我们带来了这样一个"押宝"的小技巧 -[[likely]] 和[[unlikely]] 属性。它们就像是我们在编译器耳边悄悄说的小秘密:"psst...这条路径超常用的!"或者"嘘...这条路基本上不会走的~" 

来聊聊分支预测这件有趣的事

让我们先来看个超级简单的例子:

bool validate_user_input(int value) {
    if ([[likely]] (value >= 0 && value <= 100)) {  // 乖宝宝们都会输入正确的值 😇
        return true;
    }
    return fal

想啊,正常人都会乖乖输入0-100之间的数字对吧?所以我们就告诉编译器:"这个if条件啊,基本都会成立的~" 🎯

哎呀,再来看看文件处理的场景:

void process_file(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);
    
    if ([[unlikely]] (!file.is_open())) {  // 这种倒霉事应该很少发生吧? 🤪
        throw std::runtime_error("哎呀呀,文件打不开啦!");
    }
    // 开心地处理文件去咯... 🎵
}

文件打不开?这种倒霉事情应该很少发生吧!所以我们就贴心地提醒编译器:"别太担心这段代码啦~" 🌟 让我帮你重写这部分内容,用更轻松有趣的方式来讲解 🎭

来个网络请求处理的实战案例 - 让代码也能读懂人心!

想象你是一个超级忙碌的网站管理员,每天要处理成千上万的请求。要是能提前知道哪些请求最可能成功,哪些可能出问题,是不是很棒呢?就像你有了一个水晶球一样! 🔮

首先,我们来定义一下可能遇到的情况,就像给不同的客人贴上标签一样 🏷️:

enum class ResponseStatus {
    SUCCESS,        // 完美顾客,点赞!✨
    RATE_LIMITED,   // 太热情的顾客,需要冷静一下 🧊
    SERVER_ERROR    // 糟糕,是我们自己的问题啦 😅
};

就像餐厅的服务员会先看看客人有没有预约一样,我们也要先检查一下请求是不是太频繁啦 🎟️:

ResponseStatus handle_request(const Request& req) {
    if ([[unlikely]] (is_rate_limited(req))) {
        log_rate_limit_event(req);        // 悄悄记下来,以后要注意这位客人哦 📝
        return ResponseS

哎呀,这种情况很少见啦,就像餐厅里很少遇到一直按服务铃的客人一样!所以我们用[[unlikely]] 来标记它 🔔

然后是我们最喜欢的部分 - 处理正常的请求!就像给常客服务一样,又快又稳 🏃♂️:

    if ([[likely]] (process_request(req))) {
        log_success(req);                 // 开心地画个小星星 ⭐
        return ResponseStatus::SUCCESS;    
    }

看到[[likely]] 了吗?这就像是告诉编译器:"这位是我们的常客,准备好VIP通道!" 

最后,总要为那些意外情况做准备,虽然我们希望永远用不到它:

    log_error(req);                       // 遇到问题记得道歉 🙏
    return ResponseStatus::SERVER_ERROR;   
}

这整个过程就像是训练一个超级聪明的服务员 - 知道哪些客人最常来,哪些情况很少发生。这样一来,服务效率就蹭蹭往上涨啦!

记住哦,这些标记就像是给代码的小提示,就像你悄悄告诉新来的服务员:"这桌客人最爱点什么"一样。适当使用,让你的程序跑得更欢快!

温馨提示:别在每个if语句上都贴标签,就像不是每个客人都需要VIP待遇一样,用在刀刃上才最有效果哦!

温馨小贴士 - 如何优雅地使用这对魔法属性

嘿,各位码农小伙伴们!今天让我们来聊聊如何优雅地使用这对神奇的属性标记。它们就像是你和编译器之间的小纸条,悄悄告诉它一些"内部消息" 🤫

想象你是一个经验丰富的赌场荷官,你知道哪些牌最可能出现,哪些情况少之又少。这就是[[likely]] 和[[unlikely]] 的精髓所在!来看看这个处理用户登录的例子:

bool handle_login(const User& user) {
    if ([[likely]] (user.has_valid_token())) {  // 大多数用户都是好孩子呢~ 😇
        return process_login(user);
    }
    // ... 
}

看到没?我们用[[likely]] 标记了正常登录的路径,因为绝大多数用户都是带着有效令牌来的嘛!就像餐厅里的客人大多都会带钱包一样 💰

再来看看错误处理的场景:

void save_document(const Document& doc) {
    if ([[unlikely]] (disk_space_low())) {  // 这种倒霉事可不常见 😅
        throw std::runtime_error("哎呀,硬盘空间不够啦!");
    }
    // 开心地保存文档... 
}

瞧,对于那些很少发生的情况,我们就贴心地用[[unlikely]] 提醒编译器:"别太操心这段代码啦,它基本上不会运行的~" 

不过要记住哦,这就像是调味料,放太多反而会破坏美味 🧂 不要在每个 if 语句上都撒上这种"魔法粉末"!只在那些真正重要,真正有明显倾向性的地方使用它。

比如说:

void process_game_action(const Action& action) {
    if ([[likely]] (action.is_movement())) {  // 玩家总是在跑来跑去呢!🏃♂️
        handle_movement(action);
    } else if ([[unlikely]] (action.is_rare_skill())) {  // 大招可不是随便放的!✨
        handle_rare_skill(action);
    }

就像你不会对每个路过的人都说"你好"一样,这些属性也要用在刀刃上。记住,它们只是小建议,不会改变你的代码逻辑,但用对了地方,就能让你的程序跑得欢快得像只小兔子!

所以,亲爱的码农们,让我们明智地使用这对魔法属性,让代码既优雅又高效!就像厨师恰到好处地使用调味料一样,让程序更有"滋味"~ 

揭秘编译器和CPU的小把戏 - 是魔法吗?不,是科技! 

嘿,小伙伴们!今天让我们一起来扒一扒[[likely]] 和[[unlikely]] 这对神奇兄弟背后的故事。它们就像是我们给编译器写的小纸条,悄悄告诉它一些"内部消息" 

想象一下,编译器就像一个超级勤劳的图书管理员。当它看到我们的"小纸条"时,它会做一些神奇的事情...

首先,它会像整理书架一样重新安排代码的位置 📚:

if ([[likely]] (is_valid_user())) {
    // 这段代码会被放在"畅销书区" 📖
    process_request();
} else {
    // 这段代码会被收到"偏僻角落" 📚
    handle_error();
}

就像图书馆会把热门书籍放在显眼的位置一样,编译器也会把常用的代码路径放在更容易访问的地方呢! 

然后,让我们来偷偷看看CPU和编译器之间的小秘密吧!🤫 就像两个好朋友在传纸条一样,编译器会用一些特殊的暗号来跟CPU交流:

; 快来看看这些神奇的CPU指令,它们就像是编译器和CPU之间的暗号! 🎭 test eax, eax jne likely_path ; 编译器悄悄对CPU说:"psst...这条路超好走的!" 🤗 jmp else_branch ; 这条路就像是备用方案啦~ 🌟 likely_path: ; 这里是我们的主角 - 最常用的代码要住在这个黄金位置 ✨

这就像是给CPU一个剧透:"待会儿这个分支八成会执行!" 😉

说到效果...哇塞!这简直就像是给代码装上了小火箭 🚀:

  • 猜对了:CPU欢呼雀跃,1-3个时钟周期就搞定! ⚡
  • 猜错了:CPU委屈巴巴,要花15-20个周期才能改正... 🐌

来看个实际的例子,假设我们在写一个缓存系统:

class Cache {
public:
    Value get_value(const Key& key) {
        if ([[likely]] (cache_.contains(key))) {
            return cache_[key];         // 耶!缓存命中啦~ 🎯
        }
        return load_from_disk(key);     // 糟糕,要读硬盘了... 😅
    }
private:
    std::unordere

这就像是去便利店买东西 - 大部分时候货架上都有(缓存命中),偶尔才需要去仓库找(读硬盘)。所以我们用[[likely]] 告诉CPU:"放心啦,货架上基本都有的~" 🏪

不过要记住哦,这些标记要像放调味料一样适量使用。你看这个例子就不太合适:

// 这样用就有点尴尬了... 😅
if ([[likely]] (user_input % 2 == 0)) {  
    handle_even();    // 这完全是50/50的概率啊喂!
} else {
    handle_odd();
}

这就像是在掷骰子的时候说"我觉得会是6!" - 纯属瞎猜嘛! 🎲

相反,这样用就很棒:

void save_file(const std::string& content) {
    if ([[unlikely]] (disk_full())) {
        throw std::runtime_error("哎呀,硬盘满啦!"); // 这种倒霉事确实很少见 😱
    }
    // 开心地保存文件... 
}

记住啦,这些小标记就像是给代码加的"调味料" - 放对地方能让程序更美味,放错地方就... emmm... 😋

最后的小贴士:这些标记不会改变你的代码逻辑,它们只是给CPU一些温馨提示。就像是告诉你朋友"这家店的红烧肉超好吃" - 建议归建议,具体好不好吃还得自己尝尝! 

责任编辑:赵宁宁 来源: everystep
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