详解likely和unlikely函数

内核源码：linux-2.6.38.8.tar.bz2

参考文档：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.2/gcc/Other-Builtins.html#Other-Builtins

在Linux内核中likely和unlikely函数有两种（只能两者选一）实现方式，它们的实现原理稍有不同，但作用是相同的，下面将结合linux-2.6.38.8版本的内核代码来进行讲解。

1、对__builtin_expect的封装

它们的源代码如下：

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

__builtin_expect 是GCC的内置函数，用来对选择语句的判断条件进行优化，常用于一个判断条件经常成立（如likely）或经常不成立（如unlikely）的情况。

__builtin_expect的函数原型为long __builtin_expect (long exp, long c)，返回值为完整表达式exp的值，它的作用是期望表达式exp的值等于c（注意，如果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）。

在普通的应用程序中也可以使用__builtin_expect，如下面的例子：

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

分别输入整数0到4来进行5次测试，它们的输出分别为：

else: a = 0if: a = 1if: a = 2if: a = 3if: a = 4

注意，在上例中只有输入整数0的时候才执行else后的打印语句，也就是说__builtin_expect(a, 4)函数的值就是表达式a的值。

记住，它们只是用来提升性能的优化手段，并不会改变原来表达式的值。

2、使用__branch_check__函数

它们的源代码如下：

/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
# ifndef likely
#  define likely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 1))
# endif
# ifndef unlikely
#  define unlikely(x)   (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 0))
# endif

（1）、先使用内置函数__builtin_constant_p忽略表达式x为常量的情况

__builtin_constant_p也是GCC的内置函数，函数原型为int __builtin_constant_p(exp)，用于判断表达式exp在编译时是否是一个常量，如果是则函数的值为整数1，否则为0，如下面的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define VALUE 5int main(void)
{char *ptr = NULL;int num, count;ptr = malloc(20);num = __builtin_constant_p(ptr) ? 20 : 20 + 10;printf("num = %d\n", num);free(ptr);count = __builtin_constant_p(VALUE) ? 20 + VALUE : 10;printf("count = %d\n", count);return 0;
}

例子的输出结果：

num = 30
count = 25

例子中的ptr为指针变量，所以__builtin_constant_p(ptr)的值为0，num的值为30。

（2）、函数__branch_check__的实现

/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
#define __branch_check__(x, expect) ({                  \int ______r;                   \static struct ftrace_branch_data       \__attribute__((__aligned__(4)))        \__attribute__((section("_ftrace_annotated_branch"))) \______f = {               \.func = __func__,         \.file = __FILE__,         \.line = __LINE__,         \};                     \______r = likely_notrace(x);          \ftrace_likely_update(&______f, ______r, expect); \______r;                 \})

使用它来检查判断条件并记录likely判断的预测信息，之后根据预测信息进行相应的优化以提升性能。

函数__branch_check__的返回值为______r的值，也就是参数x的值。

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