扩展具有相同条件的多个 "if" 会导致性能提升

Question

假设我有

void f(const bool condition) {
  if (condition) {
    f2();
  else {
    f3();
  }

  f4();

  if (condition) {
    f5();
  } else {
    f6();
  }
}

因为condition永远不会改变，上面可以简化为下面的

void f(const bool condition) {
  if (condition) {
    f2();
    f4();
    f5();
  } else {
    f3();
    f4();
    f5();
  }
}

请注意，f4() 在第二个代码中重复，但第二个代码部分的 if 个分支较少。我试图分析这 2 个代码片段，但在我看来，性能几乎相同。想象一下，在现实生活中，上述代码片段在相同条件下可以有更多 if。所以我想知道现代 x86/64 处理器：

使用 2 个巨大的 if 语句而不是基于相同条件的许多小语句是否有任何性能提升？
const 关键字会帮助 compiler/processor 生成更好的分支预测吗？

Answer 1

首先，要发现任何差异，您需要多次运行您的代码片段，例如：

for (int i=0; i<100000000; ++i)
    f(true);

您需要 select 次迭代，使整体运行ning 时间为 10-30 秒。在这种情况下，您将看到函数本身的性能，而不是加载应用程序等各种开销。

其次，你的函数的复杂度是多少f2 ... f6？如果这些函数比 f 本身复杂得多，您也不会注意到任何差异。

第三，您的第二个版本会稍微快一些，尽管差异很小。添加 const 对编译器没有任何帮助。

最后，我建议查看可带来显着性能提升的更改。

Answer 2

理论上消除任何条件操作可以提高性能。但在现实世界中，根本没有区别。在您的特定情况下，编译器可以轻松地为您执行建议的优化，因此应该没有区别，因为您已经测试过了。优化编译器的一项有价值的工作——分支消除。他们寻找避免不必要分支的可能性。

所以，你的问题 1 的答案是：在大多数情况下，现代编译器不会有任何区别。

关于 const 关键字： const 本身对分支预测没有帮助。编译器可以查看是否有任何变量未被修改，并尽其所能生成快速代码。当处理器执行二进制代码时，没有任何迹象表明该值是常量。至少在 x86 和 x86-64 处理器上。

无论如何"premature optimization is the root of all evil" (c) Donald Knuth。您需要避免任何低级优化，除非您有显示瓶颈的分析数据。为此，您需要一个基准来分析性能。

Answer 3

首先，您的示例非常简单，任何体面的编译器都可以为这两种情况生成 identical code。

为了足够混淆它，您应该做一些更复杂的事情，而不是简单地调用 f4、like so:

void f_seprate_ifs(const bool condition) {
  if (condition) {
    f2();
  } else {
    f3();
  }

  for ( int i = 0; i < 100; i++ ){
    f4();
  }

  if (condition) {
    f5();
  } else {
    f6();
  }
}

void f_duplicate_f4(const bool condition) {
  if (condition) {
    f2();
    for ( int i = 0; i < 100; i++ ){
      f4();
    }
    f5();
  } else {
    f3();
    for ( int i = 0; i < 100; i++ ){
      f4();
    } 
    f6();
  }
}

但这不是样式问题，而是速度和 space 之间的明确权衡 - 您正在复制代码以消除分支（ 和 IMO，这对我的例子来说根本不是一个好的权衡 )。编译器已经通过函数内联一直这样做，并且对何时内联有非常复杂的启发式。对于您的示例，它甚至为您完成了。

总而言之，除非您绝对确定有必要，否则不要尝试进行此类微优化。特别是当它们损害可读性时。尤其是当它们引起复制粘贴错误时。

至于 const 修饰符，再一次，任何体面的编译器都会注意到 condition 永远不会改变，并且是 effectively const，用 Java 术语来说。在 C++ 中，const 很少提供额外的优化机会。它是为程序员准备的，而不是为编译器准备的。

例如，对于：

void f(const bool& condition){

condition 是 NOT 常量 - 编译器必须假设它可以被 f4 改变, 因此片段在语义上不再等同。

扩展具有相同条件的多个 "if" 会导致性能提升

expanding multiple "if"s with same condition result in performance gain

c++

optimization

branch-prediction