问题
虽然很早就知道，CPU在处理 if 这样的判断语句时，使用了预测的技术，所以如果条件总是一个结果，效率就很好。反过来说，如果你使用数学运算避免 if 判断，那么就意味着性能一定比 if 要好。
方案1
今天正好有个函数遇到这个问题，所以我就正好测试以下。
待测试的方法是获取一个int32的数据中，有多少个位是 1，我的方案是将 一个int32拆开成 4个字节，然后一一判断。下面是使用 if 判断的方案 （那个 ? : 三元运算符就是 if 语句）。
1 static int getInt32TrueCount(int value) 2 { 3 if (value == 0) 4 { 5 return 0; 6 } 7 8 return getByteTrueCount(value & 0xFF) + 9 getByteTrueCount((value >> 8) & 0xFF) + 10 getByteTrueCount((value >> 16) & 0xFF) + 11 getByteTrueCount((value >> 24) & 0xFF); 12 } 13 14 static int getByteTrueCount(int value) 15 { 16 if (value == 0) 17 { 18 return 0; 19 } 20 21 int a = (value & 0x1) == 0 ? 0 : 1; 22 int b = (value & 0x2) == 0 ? 0 : 1; 23 int c = (value & 0x4) == 0 ? 0 : 1; 24 int d = (value & 0x8) == 0 ? 0 : 1; 25 26 int e = (value & 0x10) == 0 ? 0 : 1; 27 int f = (value & 0x20) == 0 ? 0 : 1; 28 int g = (value & 0x40) == 0 ? 0 : 1; 29 int h = (value & 0x80) == 0 ? 0 : 1; 30 31 return a + b + c + d + e + f + g + h; 32 }
可以看到， 每运算一个位都有一个 if 判断，而要命的是这个 if 判断的结果是不稳定的，随机性极大。我写了一个计时程序，在我计算机中需要 12秒。（i5 6500 Release .net core 2.0 )
1 static void GetBitCountTest() 2 { 3 var wathch = Stopwatch.StartNew(); 4 5 var rand = new Random(); 6 7 for (int i = 0; i < 10000_0000; i++) 8 { 9 int value = rand.Next(); 10 int p = getInt32TrueCount(value); 11 } 12 13 wathch.Stop(); 14 Console.WriteLine("GetBitCount 耗时：" + wathch.Elapsed.ToString()); 15 16 }
方案2
第二种方法就是将 if 判断改为数学运算，方法是将 and 运算后的位 移动到 0位，这样就是 0 或 1 了。
1 static int getInt32TrueCount2(int value) { 2 if (value == 0) { 3 return 0; 4 } 5 6 return getByteTrueCount2(value & 0xFF) + 7 getByteTrueCount2((value >> 8) & 0xFF) + 8 getByteTrueCount2((value >> 16) & 0xFF) + 9 getByteTrueCount2((value >> 24) & 0xFF); 10 } 11 12 static int getByteTrueCount2(int value) { 13 return (value & 0x1) + 14 ((value & 0x2) >> 1) + 15 ((value & 0x4) >> 2) + 16 ((value & 0x8) >> 3) + 17 18 ((value & 0x10) >> 4) + 19 ((value & 0x20) >> 5) + 20 ((value & 0x40) >> 6) + 21 ((value & 0x80) >> 7); 22 }
再次运行测试用例，执行时间提高到 2 秒！提高了6倍。
总结：
高性能计算时，避免使用 分支 指令，尽量使用数学运算符。