Linux平台编译器小技巧

本文介绍Linux平台上，Gcc编译套件的优化用法。

分支预测优化

如果在某一个条件判断下，某条分支更有可能发生，或者非常不可能发生，可以通过特定的判断语法来告知编译器，辅助优化。

/** rief hint for the branch prediction */
constexpr inline bool likely(bool expr)
{
    return __builtin_expect(expr, true);
}

/** rief hint for the branch prediction */
constexpr inline bool unlikely(bool expr)
{
    return __builtin_expect(expr, false);
}

// xxx大多数情况为true时，可这样用。
if (likely(xxx)) {
	// to do
}

// yyy大多数情况为false时，可这样用.
if (unlikely(yyy)){
	// to do 
}

结构体定义满足缓存对齐

c++11引入对齐描述符 alignas，它接收常量表达式和类型作为参数，可用来修饰变量、类的成员变量等，是往大对齐；与之相反，#pragma pack(n)是往小的、紧凑方向对齐。

// 定义缓存行大小
#define CACHELINE_SIZE  64 

// 定义变量x按照缓存行对齐,单位为字节 
#define cache_aligned(x)  alignas(CACHELINE_SIZE) x


class CTest{

private：
	cache_aligned(volatile bool        _running) {false};	/// 运行状态
	cache_aligned(std::atomic<int64_t> _index) {-1};	// 初始化序号
};

预读

为减少访问延时，提高性能，可通过Gcc的内置 __builtin_prefetch 指令来预先读取数据。该函数接收三个参数，

void __builtin_prefetch (const void *addr, ...)	

addr为要预取的数据地址；它支持两个可选参数：rw 和 locality。

• rw：表示操作方向，1表示准备写入；0表示读取，默认为0.
• locality: 可选值为 0,1,2,3，默认为3.
  • 0: 该数据无时间局部性，访问之后无需留在缓存中。
  • 3：该数据有最高的时间局部性，访问之后还应该在缓存中。
  • 1和2：表示较低和较高的时间局部性。

该特性是与硬件相关的，如果硬件不支持，该地址表达式被评估有副作用，那么不会生成优化代码，也不会有警告。

编译期属性

GCC编译器支持__attribute__机制，可用来设置函数、变量和类型属性，给编译器提供优化指导，增强错误检查能力。

一般开启所有警告选项，按具体情况，打开 -Werror 选项，将警告当做错误处理。

• 函数属性

  1. __attribute__((noreturn))：告诉编译器该函数没有返回值，可优化掉函数返回代码
  2. __attribute__ ((warn_unused_result)):告诉编译器当该函数返回值在没有被使用时，提示警告。
  3. __attribute__ ((always_inline))：告诉编译器将该函数当做内联函数
  4. __attribute__ ((regparm(n)))：指定最多可使用n个寄存器传递参数，n的范围是0~3，实参超过n时将参数压入栈中。
  5. __attribute__((unused))： 表明该函数或变量可能不使用，不要产生编译警告

• 类型属性

  1. __attribute__ ((packed)) ： 告知编译器取消对结构体的对齐优化，按照实际占用字节数进行对齐。

• 变量相关

  1. __builtin_prefetch(x, 0, 0) : 将变量x预先读取到cache中。该指令可以让目标地址数据所在的整个cache line从主存中调入cache，后续的内存读取操作大概率不会触发cache miss