什么是代码分支

Question

什么是代码分支？我已经在不同的地方看到过这种情况，特别是有点蠢蠢欲动，但从未真正考虑过它？

如何降低程序速度，以及编码时我应该考虑什么？

我看到if语句的提及。我真的不明白这些代码如何减慢代码速度。如果条件为真，请按照说明操作，否则跳转到另一组指令？我看到另一个提到“分支预测”的帖子，也许这就是我真正迷失的地方。有什么可以预测的？条件就在那里，它只能是真或假。

我不认为这是this related question的副本。链接的线程正在讨论关于未排序数组的“分支预测”。我在问什么是分支以及为什么需要预测。

Answer 1

分支的最简单示例是if语句：

if (condition)
    doSomething();

如果condition为true，则执行doSomething()。如果没有，那么执行分支，跳转到if结束后的语句。

在非常简单的机器伪代码中，这可能会被编译为以下行：

TEST condition
JZ   label1       ; jump over the CALL if condition is 0
CALL doSomething
@@label1

分支点是JZ指令。后续执行点取决于condition的测试结果。

分支会影响性能，因为现代处理器会提前预测分支的结果并执行推测性执行。如果预测结果是错误的，则必须解开推测性执行。

如果您可以安排代码以使预测成功率更高，那么性能会提高。这是因为推测性执行的代码现在减少了开销，因为它甚至在需要之前就已经执行了。这是可能的，因为现代处理器是高度并行的。可以使用备用执行单元执行此推测执行。

现在，有一种代码永远不会有分支预测错过。那就是没有分支的代码。对于无分支代码，推测执行的结果总是有用的。因此，在所有其他条件相同的情况下，没有分支的代码比具有分支的代码执行得更快。

Answer 2

基本上想象一下工厂中的装配线。想象一下，当每个项目通过装配线时，它将转到员工1，然后是员工2，最多转移到员工5.员工5完成后，该项目已完成并准备好打包。因此，所有五名员工可以同时处理不同的项目，而不必只是在彼此等待。与大多数装配线不同，每次员工1开始处理新项目时，它可能是一种新类型的项目 - 而不是一遍又一遍的相同类型。

嗯，无论出于什么奇怪和富有想象力的原因，想象一下经理站在装配线的最后。他有一个清单说：“首先制作这个项目。然后制作那种类型的物品。然后是那种类型的物品。”等等。当他看到员工5完成每个项目并继续下一个项目时，经理然后告诉员工1哪个项目类型开始工作，看看他们当时在列表中的位置。

现在让我们说这个清单中有一点 - “计算机指令序列” - 它说：“现在开始制作一个咖啡杯。如果是你完成制作杯子的夜晚，那么就开始做一顿冷冻晚餐。如果是白天，那就开始制作一袋咖啡渣。“这是你的if语句。由于经理，在这种虚假的例子中，他真的不知道一天中的什么时间，直到他在杯子结束后真正看到杯子，他可以等到那个时候召唤下一个项目 - 冷冻晚餐或咖啡渣。

问题在于，如果等到最后一秒钟那样 - 他必须等到绝对确定一天什么时候才能完成杯子，这样下一个项目会怎样是 - 然后工人1-4在工人5完成之前根本不会做任何工作。这完全违背了流水线的目的！所以经理猜测。工厂一天开放7小时，晚上只开放1小时。所以杯子很可能在白天完成，因此保证了咖啡渣。

一旦员工2开始在咖啡杯上工作，经理就会向员工拨打咖啡场1.然后装配线就像以前一样继续前进，直到员工5完成杯子。那时经理终于看到了一天中的什么时间。如果是白天，那真是太棒了！如果是夜晚，一切都在咖啡杯被丢弃之后开始，必须开始冷冻晚餐。 ......因此，分支预测实际上就是经理暂时冒这样的猜测，当他正确的时候，这条线会更快地移动。

伪编辑：

它主要与硬件有关。主要的搜索短语可能是“计算机管道cpu”。但是指令列表已经完成了 - 只是指令列表中有分支;它并不总是1,2,3等。但是当管道的第5阶段正在完成指令10时，第1阶段已经可以处理指令14.通常计算机指令可以像这样分解并分段处理。如果阶段1-n同时处理某些事情，并且之后没有任何事情被破坏，那么在开始另一阶段之前，这比完成一阶段更快。

Answer 3

代码中的任何跳转都是分支。这发生在if语句函数调用和循环中。

现代CPU有长管道。这意味着CPU同时处理多个指令的各个部分。分支的问题是管道可能尚未开始处理正确的指令。这意味着需要抛出推测指令，处理器需要从头开始处理指令。

遇到分支时，CPU会尝试预测将使用哪个分支。这称为分支预测。

分支预测的大多数优化都将由编译器完成，因此您不必担心分支。

如果您已经分析了代码并且可以看到这是一个问题，那么这可能属于仅担心分支优化的类别。

Answer 4

分支是偏离正常控制流程。处理器将按顺序执行指令，但在分支中，程序计数器被移动到内存中的另一个位置（例如，根据条件或过程调用的分支）。