简单 if 语句的分支预测中的 Visual Studio 编译器有多好？

Question

以下是一些 c++ 伪代码作为示例：

bool importantFlag = false;
for (SomeObject obj : arr) {
    if (obj.someBool) {
        importantFlag = true;
    }
    obj.doSomethingUnrelated();
}

显然，一旦 if 语句评估为 true 并运行其中的代码，甚至没有理由再次执行检查，因为结果将是相同的。 编译器是否足够聪明，可以识别这一点，还是会继续检查每次循环迭代的 if 语句，并可能再次将 importantFlag 重复分配为 true？ 如果循环迭代的数量很大，这可能会对性能产生显着影响，并且在这里不可以选择跳出循环。

我通常会忽略这些情况，只是相信编译器，但如果能确切地知道它是如何处理这些情况的，那就太好了。

Answer 1

分支预测是运行时的事情，由 CPU 而不是编译器完成。

这里的相关优化是 if-conversion 到一个非常便宜的无flag |= obj.someBool; .

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提前 C++ 编译器为 CPU 生成机器代码以运行； 他们不是口译员。 另请参阅 Matt Godbolt 的 CppCon2017 演讲“我的编译器最近为我做了什么？ 解开编译器的盖子”以及如何从 GCC/clang 程序集输出中删除“噪音”？ 有关查看优化的编译器生成的 asm 的更多信息。

我猜您的建议可能是制作不查看布尔值的循环的第二个版本，并将if()转换为if() goto以设置标志一次，然后运行另一个版本的从这一点开始循环。 这可能不值得，因为如果同一对象的其他成员已经被访问，则单个 OR 指令非常便宜。

但这是一个合理的优化； 但是我认为编译器通常不会为你做这件事。 您当然可以手动进行，尽管您必须手动迭代而不是使用 range-for，因为您想使用相同的迭代器在范围的中途开始。

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编译时的分支似然估计是编译器用来确定分支代码还是无分支代码是否合适的事情，例如gcc 优化标志 -O3 使代码比 -O2 慢对于看起来不可预测的情况使用 CMOV，但在排序数据上运行时实际上非常可预测。 我的回答显示了 asm 真实世界的编译器制作； 请注意，它们不会对循环进行多版本化，尽管在这种情况下，如果编译器不知道正在排序的数据，这是不可能的。

还要猜测分支的哪一侧更有可能，这样他们就可以用较少的分支布置快速路径。 这就是 C++20 [[likely]] / [[unlikely]]提示的用途，顺便说一句，实际上并没有影响运行时分支预测。 除了在某些 CPU 上，在 CPU 第一次看到分支时间接通过静态预测。 或者一些 ISA，如 PowerPC 和 MIPS，具有“可能分支”的指令，其中包含针对 CPU 的实际运行时提示，即使可用，编译器也可能会或可能不会实际使用这些指令。 看

• Linux 内核中可能/不太可能的宏是如何工作的，它们有什么好处？ - 它们影响分支布局，使“可能的”路径成为 I-cache 局部性和连续提取的直线（通常不采用分支）。
• GCC 是否有编译器提示强制分支预测始终以某种方式进行？

Answer 2

如果您希望拥有一个大型数据集，您可能只有两个 for 循环，当importantFlag设置为true时，第一个会中断。 很难具体知道编译器将进行哪些优化，因为它没有得到很好的记录。

Answer 3

Peter Cordes 已经给出了很好的答案。

我还想提一下短路

在这个例子中

if( importantFlag || some_expensive_check() ) {
        importantFlag = true;
}

一旦重要标志设置为真，就永远不会执行昂贵的检查，因为|| 停在第一个真。