likelly()和unlikely()详解

参考文档：
https://www.cnblogs.com/cdwodm/p/4448773.html
https://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7175517
Linux内核设计与实现

gcc内建了一条指令用于优化，在一个条件经常出现，或者该条件很少出现的时候，编译器可以根据这条指令对条件分支选择进行优化。内核把这条指令封装成了宏，比如likely()和unlikely() ，宏定义如下：

/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
# define likely(x)  __builtin_expect(!!(x), 1)
# define unlikely(x)    __builtin_expect(!!(x), 0)

在Linux内核中可以经常看到以下类似的代码块：

if (unlikely(error)) {/*...*/
}
else {/*...*/
}
if (likely(success)) {/*...*/
}
else {/*...*/
}

在代码块中，在if条件判断语句中使用unlikely()函数表示写这个程序的人认为error的值在大部分情况下都为假（0），gcc编译器识别到unlikely()函数后，会将条件判断为假执行的代码块（也就是else中的代码）放到紧跟前面的程序位置。换句话说，else下的代码放在了if下的代码的前面，因为if条件判断中大部分情况为假嘛，所以把条件为假的代码块放在前面，可以在大部分情况下先执行else下的代码，以提高程序运行的效率，达到优化性能的目的。
同样的，在if条件判断语句中使用likely()函数表示写这个程序的人认为success的值在大部分情况下都为真（1），gcc编译器识别到likely函数后，会将条件看判断为真的代码块（也就是if中的代码）放到紧跟前面的程序位置。同理可以达到优化性能的目的。

那么，搞清楚likely()和unlikely()函数的作用后，__builtin_expect函数是什么？
__builtin_expect函数是GCC编译器内置的函数，用于对条件选择语句进行优化。函数原型如下：

long  __builtin_expect (long exp, long c)

exp是一个表达式
c是期望值，必须为常量
返回值是exp的值，它应该是一个整数表达式。内置的语义是期望 exp == c，就是说希望exp的值跟c的值一样，因为编译器将以c的值作为条件所执行的代码块优化到前面（紧跟前一条程序代码）。

用一个程序来测试__builtin_expect 函数的作用：

#include <stdio.h>int main(void)
{int a;for(a=0;a<5;a++){if(__builtin_expect(a, 4))printf("if: a = %d,builtin_expect=%d\n", a, __builtin_expect(a, 4));elseprintf("else: a = %d,builtin_expect=%d\n", a, __builtin_expect(a, 4));}return 0;
}

结果为：

可以看到只有当a==0时，才执行else中的代码，其余情况全部执行的是if中的代码。也就说明__builtin_expect函数返回值是exp表达式的值。
结合likely()和unlikely()的宏定义来看，likely(value)中value的值只有为真时会加快代码的执行效率（条件为真所执行的代码块放在最前面的，会最先执行），value的值为假，就会先跳过为真的代码，执行条件为假的代码，这多了一个程序跳转的步骤。同理，对于unlikely()函数是一样的道理。所以，exp == c条件成立的机会占绝大多数，那么性能将会得到提升，否则性能反而会下降。
因此，程序员对于value的值的预估必须要准确，如果判断正确，确实是这个条件占压倒性的地位，那么性能会得到提升；如果你搞错了，性能反而会下降。

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