使用 __builtin_expect 会影响程序语义吗？

Question

GCC（以及 Clang），提供此 __builtin_expect 用于人工辅助分支预测，如 here 所述。非正式地，人们用以下方式解释它的语义：“编译器只是无条件地处理指定的分支，如果条件与指定的不同，就会发生代价高昂的回滚”。

但如果我有一段代码如下：

if (__builtin_expect(p != 0, 1)) // line 1
  p->access_object();            // line 2

如果我按字面意思处理上面的非正式解释，编译器可以直接执行第 2 行，而无需等待第 1 行中条件的计算，因此如果指针碰巧为空，则会导致未定义的行为（空指针取消引用） .

我的问题是，如果我使用__builtin_expect，我还能得到保证，我的防御检查有效吗？如果是这样，如果我在上述防御检查中使用__builtin_expect，是否可以获得任何运行时优势？

（注意：我像这样使用__builtin_expect 的目标是在p 为非空的情况下获得最大性能，但代价是减慢（即使是数量级）@ 987654329@ 为空；即使后一种情况经常出现。）

Answer 1

不，builtin_expect 不会影响无竞争程序的语义。

特别是，如果代码具有无法撤消的副作用，编译器不得发出将执行if 块主体的代码。除了性能之外，代码必须“好像”builtin_expect 未被使用。

对于您的具体示例：

if (__builtin_expect(p != 0, 1)) // line 1
  p->access_object();            // line 2

p 如果为 null，则无法取消引用。那么在这种情况下builtin_expect 有什么意义呢？它最多只能告诉编译器“p 可能不为空，所以access_object() 可能会被调用。”如果access_object() 的定义是inline，编译器可能会尝试内联它，而如果您说“p 可能为空”，编译器可能会认为最好不要内联access_object() 的代码在这个调用站点，因为它不太可能被使用。

事实上，这会导致在实践中对builtin_expect 的非直观使用：您可以用它来表示“这段代码是慢速路径”，而不管它有多“可能”。举个简单的例子，服务器程序可能会这样做：

if (__builtin_expect(is_allowed(user, request), 1))
    process(request);
else
    reject(request);

即使我们发现 50% 的请求是非法的并且将被拒绝，我们仍可能决定将“愉快的路径”标记为可能采用，因为我们并不关心减缓拒绝速度。