C语言中likely和unlikely的使用

在单片机/嵌入式编程中，对速度要求比较高，likely和unlikely就是一个比较好的技巧，适用于有if-else分支，且知道哪个发生概率大的情况。

1.likely和unlikely

这是两个宏，当有if-else分支时，告诉编译器，哪个条件更加有可能发生。对if-else分支结构进行优化。likely代表if分支大概率会发生，unlikely代表if分支大概率不会发生。

#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
 #define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)

__builtin_expect是编译器内建函数，原型为long __builtin_expect (long exp, long c)。

题外话： !!是C语言中处理逻辑表达式的一个技巧。因为C语言中没有布尔变量，所以布尔值是用整形来代替的，0为假，非0为真。当x为0时，!(x)为1，!!(x)为0，!!的运算没有什么意义；但当x为非0时（比如100），!(x)为0，!!(x)为1，这样就达到了将非0值（比如100）全部都映射为1的效果。

例子:

假如有这样一个函数：

int fun(int a)
{
  if(a >100)
  ......
}

在实际的运行情况中，a>100不太可能发生。那就这样写：

int fun(int a)
{
  if(unlikely(a >100))
  ......
}

同理，如果实际情况是a>100的情况更多，就用likely。

2. 注意

1.likely和unlikely使用判断必须准确，写反会使运行速度变慢。

2.编译时优化一般需要至少使用-O2选项，否则优化不起作用。

3.能否使用与编译器有关，gcc可以，clang好像也可以，msvc好像不可以。

3. 原理

编译器在编译生成汇编代码时会在编译选项的引导下调整if分支内代码的位置，如果是likely修饰过的就调整到前面，如果是unlikely修饰过的就调整到后面。放到前面的代码可以节省跳转指令带来的时间开销，从而达到提升效率的目的。

现在的CPU都有ICache和流水线机制。在运行当前这条指令时，ICache会预取后面的指令，以提升运行效率。但是如果条件分支不满足，也就会跳转到了其他指令，那预取的指令也就没有用了，这样就降低了流水线的效率。

如果使用likely和unlikely来告诉编译器，哪个更加有可能发生，编译器将大概率执行的代码放在靠前的位置，就可以大大提高指令预取值的命中率，从而达到提升效率的目的。