循环中分支预测的性能

Question

这两段代码之间会有明显的速度差异吗？天真地，我认为第二个片段会更快，因为分支指令遇到的要少得多，但另一方面，分支预测器应该解决这个问题。或者尽管有可预测的模式，它会有明显的开销吗？假设没有使用条件移动指令。

代码段1：

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    if (a == 3)
        output[i] = 1;
    else
        output[i] = 0;
}

代码段2：

if (a == 3) {
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        output[i] = 1;
} else {
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        output[i] = 0;
}

我不打算自己优化这些案例，但我想更多地了解分支的开销，即使是可预测的模式。

Answer 1

由于a在进入循环后仍保持不变，因此两个代码段之间应该没有太大区别。

就个人而言，我更喜欢前者，除非分支预测器无法预测真正不可能的分支，因为a在循环中保持不变。

此外，编译器可以执行此优化：

• Loop unswitching

从而使两个代码片段发出完全相同的机器指令。

Answer 2

您在没有指定硬件的情况下询问了性能问题（尽管我们可以推断出这是一个具有分支预测的架构），工具链或编译选项。

总的来说，这只是另一个空间与速度的权衡，其中空间本身通常会影响速度（CPU指令和微码缓存）。

唯一合理的答案是“性能会因处理器硬件和编译器优化而异。”