詳解likely和unlikely函數【轉】

本文轉載自：http://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7175517

  內核源碼：Linux-2.6.38.8.tar.bz2

    參考文檔：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.2/gcc/Other-Builtins.html#Other-Builtins

 

     在linux內核中likely和unlikely函數有兩種（只能兩者選一）實現方式，它們的實現原理稍有不同，但作用是相同的，下面將結合linux-2.6.38.8版本的內核代碼來進行講解。

    1、對__builtin_expect的封裝

    它們的源代碼如下： 

/* 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的內置函數，用來對選擇語句的判斷條件進行優化，常用於一個判斷條件經常成立（如likely）或經常不成立（如unlikely）的情況。

    __builtin_expect的函數原型為long  __builtin_expect (long exp, long c)，返回值為完整表達式exp的值，它的作用是期望表達式exp的值等於c（注意，如果exp == c條件成立的機會占絕大多數，那么性能將會得到提升，否則性能反而會下降）。

    在普通的應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);
    else
    printf("else: a = %d\n", a);

    return 0;
}

    分別輸入整數0到4來進行5次測試，它們的輸出分別為： 

else: a = 0

if: a = 1

if: a = 2

if: a = 3

if: a = 4

    注意，在上例中只有輸入整數0的時候才執行else后的打印語句，也就是說__builtin_expect(a, 4)函數的值就是表達式a的值。

    記住，它們只是用來提升性能的優化手段，並不會改變原來表達式的值。

    2、使用__branch_check__函數

    它們的源代碼如下： 

/* 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）、先使用內置函數__builtin_constant_p忽略表達式x為常量的情況

    __builtin_constant_p也是GCC的內置函數，函數原型為int  __builtin_constant_p(exp)，用於判斷表達式exp在編譯時是否是一個常量，如果是則函數的值為整數1，否則為0，如下面的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define VALUE 5

int 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;
}

    例子的輸出結果： 

num = 30
count = 25

    例子中的ptr為指針變量，所以__builtin_constant_p(ptr)的值為0，num的值為30。

    （2）、函數__branch_check__的實現 

/* 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;                    \
        })

    使用它來檢查判斷條件並記錄likely判斷的預測信息，之后根據預測信息進行相應的優化以提升性能。

    函數__branch_check__的返回值為______r的值，也就是參數x的值。