高级C语言关于if-else的性能问题

Posted 2022-06-18 从善若水

本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

文章目录

• 关于if-else的性能问题【无else】
• • 优化方法
• 关于if-else的性能问题【有else】

关于if-else的性能问题【无else】

我们这里不考虑 CPU的分支预测和投机行为，单纯分析 if-else 的性能问题

先来看一下测试程序以及测试数据，

#include <stdio.h>

int main()

        int b=-1; //b=1;
        int a=0;
        for(unsigned long i=0;i<7000000;++i)
                if(b<0) a++;
        
        return 0;

程序很简单，就是执行 7000000次的 if 语句。

测试条件	测试结果
b=-1
b=1

上面的结果可以看到，if 条件不满足的时候执行时间比if条件满足的时间要长。其实这个很容易理解，与加法运算比起来，跳转指令的执行时间肯定要长。

对应的汇编代码如下👇，

优化方法

       主要是对 if 中的条件要有一个主观的判断。以上面的代码为例，根据经验或者统计数据，我知道 b<0 的概率大，那么我就可以写成 if(b<0) … 的形式，反之亦然。说白了就是考虑如何减少跳转指令的执行次数。

       在GCC中有这样一个函数 __builtin_expect()，你可以使用__builtin_expect 向编译器提供分支预测信息。

       第二种方法，对于简单的 if 语句想办法将其优化为一条非 if 语句，例如上面例子中的，

......
if(b<0) a++;
......

可以优化为，

#include <stdio.h>

int main()

        int b=-1,a=0;
        for(unsigned long i=0;i<7000000;++i)
                a-=b>>(sizeof(b)*8-1);
        
        return 0;

测试数据如下：

测试条件	测试结果
b=-1
b=1

解释一下，我们这里将 b>>(sizeof(b)*8-1) 其实就是只保留了 b 的符号位，如果b是正数则移位之后变为0；如果是负数，移位之后变成 -1。

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关于if-else的性能问题【有else】

测试代码如下，

#include <stdio.h>

int main()

        int b=-1; //b=1;
        int a=0;
        for(unsigned long i=0;i<7000000;++i)
                if(b<0) a++;
                else a--;
        
        return 0;

执行时间消耗如下表：

测试条件	测试结果
b=-1
b=1

测试数据显示时间消耗基本是一样的。这很好理解，不管if-else 执行哪个分支，最后都会发送跳转并执行一条语句，所以时间消耗基本一样。

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这里是从善若水的博客，感谢您的阅读📕📕📕

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