比较是否意味着分支？

Question

我正在阅读有关优化的维基百科页面： http://en.wikibooks.org/wiki/Optimizing_C%2B%2B/Code_optimization/Pipeline 我遇到了这条线：

For pipelined processors, comparisons are slower than differences, because they imply a branch.

为什么比较意味着分支？例如，如果：

int i = 2;
int x = i<5;

这里有分店吗？对带有条件的 if 语句进行分支对我来说很有意义，但我不明白为什么单独比较会导致分支。

Answer 1

这只涉及一个分支：

unsigned(i – min_i) <= unsigned(max_i – min_i)

虽然这涉及两个：

min_i <= i && i <= max_i

当 CPU 遇到分支时，它会参考其预测器并遵循最可能的路径。如果预测正确，则该分支在性能方面基本上是免费的。如果预测错误，CPU 需要冲洗管道并重新开始。

这种优化是一把双刃剑 --- 如果您的分支是高度可预测的，第一个实际上可能运行比第二个慢。这完全取决于您对数据的了解程度。

Answer 2

序言：现代编译器能够以各种方式消除分支。因此，none 的示例必然导致最终（汇编程序或机器）代码中的分支。

那么为什么逻辑基本上暗示分支？

密码

bool check_interval_branch(int const i, int const min_i, int const max_i)
{
  return min_i <= i && i <= max_i;
}

逻辑上可以重写为：

bool check_interval_branch(int const i, int const min_i, int const max_i)
{
  if (min_i <= i) 
  { 
    if (i < max_i) return true; 
  }
  return false;
}

这里你显然有两个分支（其中第二个只有在第一个为真时才执行 - 短路）这可能会被分支预测器错误预测导致管道重新滚动。

Visual Studio 2013（优化转为一）生成以下程序集，其中包含 check_interval_branch 的两个分支：

  push  ebp
  mov   ebp, esp
  mov   eax, DWORD PTR _i$[ebp]
  cmp   DWORD PTR _min_i$[ebp], eax    // comparison
  jg    SHORT $LN3@check_inte          // conditional jump
  cmp   eax, DWORD PTR _max_i$[ebp]    // comparison
  jg    SHORT $LN3@check_inte          // conditional jump
  mov   al, 1
  pop   ebp
  ret   0
$LN3@check_inte:
  xor   al, al
  pop   ebp
  ret   0

密码

bool check_interval_diff(int const i, int const min_i, int const max_i)
{
  return unsigned(i - min_i) <= unsigned(max_i - min_i);
}

在逻辑上等同于

bool check_interval_diff(int const i, int const min_i, int const max_i)
{
  if (unsigned(i – min_i) <= unsigned(max_i – min_i)) { return true; }
  return false;
}

它只包含一个分支但执行两个差异。

Visual Studio 2013 年 check_interval_diff 的生成代码甚至不包含条件跳转。

  push  ebp
  mov   ebp, esp
  mov   edx, DWORD PTR _i$[ebp]
  mov   eax, DWORD PTR _max_i$[ebp]
  sub   eax, DWORD PTR _min_i$[ebp]
  sub   edx, DWORD PTR _min_i$[ebp]
  cmp   eax, edx                    // comparison
  sbb   eax, eax
  inc   eax
  pop   ebp
  ret   0

（这里的技巧是 sbb 完成的减法根据进位标志相差 1，进位标志又被 cmp 指令设置为 1 或 0。）

事实上，您在这里看到了三个差异 (2x sub、1x sbb)。

这可能取决于您的数据/用例，哪个更快。

有关分支预测，请参阅Mysticals answer here。

您的代码 int x = i<5; 在逻辑上与

相同

int x = false;
if (i < 5)
{
  x = true;
}

它又包含一个分支（x = true 仅在 i < 5 时执行。）

Answer 3

虽然这里给出的答案很好，但并不是所有的比较都被翻译成分支指令（它们确实引入了数据依赖性，这也可能会降低您的性能）。

例如下面的C代码

int main()
{
    volatile int i;
    int x = i<5;

    return x;
}

由 gcc（x86-64，启用优化）编译成：

    movl    -4(%rbp), %eax
    cmpl    , %eax
    setl    %al
    movzbl  %al, %eax

setl指令根据其前面的比较指令的结果设置AL的值。

当然，这是一个非常简单的示例——cmp/setl 组合可能引入了依赖项，这些依赖项会阻止处理器并行执行它们，甚至可能会花费您几个周期。

不过，在现代处理器上，并不是所有的比较都变成分支指令。

Answer 4

写过那个页面的人不称职。第一的，比较并不必然暗示一个分支；这取决于你和他们一起做。这是否意味着一个分支取决于处理器和编译器。 if 通常需要一个分支，但是即使那样，一个好的优化器有时也可以避免它。一个 while 或一个 for 通常需要一个分支，除非编译器可以展开循环，但该分支是高度可预测的，所以即使分支预测是个问题，可能无关紧要。

更一般地说，如果您在写作时担心这个级别的任何事情你的代码，你在浪费你的时间，并使维护工作变得更多难的。你唯一应该关心的是一旦你有一个性能问题，探查器显示这是你正在失去表现。那时，您可以尝试几种不同的代码编写方式，以确定哪一种将为编译器和硬件的组合生成更快的代码。（换个编译器或硬件，可能就不是原来的了）

比较是否意味着分支？

Is it the case that comparisons imply a branch?

c++

optimization

pipelining

这可能取决于您的数据/用例，哪个更快。