C++分支预测优化 likely unlikely宏

C++20引入[[likely]]和[[unlikely]]属性以优化分支预测，提示编译器某分支更可能或更不可能执行，结合__builtin_expect可兼容旧编译器，常用于错误处理、空指针检查等场景，正确使用可提升性能。

在C++中，特别是在对性能要求较高的场景下，分支预测优化可以帮助编译器生成更高效的机器码。现代CPU使用流水线技术，当遇到条件分支时，如果能提前“猜测”哪条路径更可能被执行，就可以提前加载指令，减少流水线停顿。如果预测错误，就要回退并重新加载，造成性能损失。

为了帮助编译器更好地进行分支预测，C++20引入了 likely 和 unlikely 关键字作为“属性”（attributes），允许程序员显式提示某个分支更可能或更不可能被执行。

likely 和 unlikely 的语法

这两个属性属于C++20标准中的 [[likely]] 和 [[unlikely]]，用于标注语句块，通常用在 if、switch 或 goto 语句中。

if (ptr != nullptr) [[likely]] {
    return ptr->value;
}

if (error_occurred) [[unlikely]] {
    handle_error();
}

注意：[[likely]] 和 [[unlikely]] 作用于整个复合语句（即花括号块），而不是 if 条件本身。

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宏定义兼容旧版本编译器

如果你使用的编译器不支持C++20，或者需要兼容旧标准，可以通过宏来模拟这些属性。主流编译器如GCC和Clang早已支持类似的内置函数 __builtin_expect。

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常见宏定义方式：

#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)

if (likely(ptr != nullptr)) {
    do_something();
}

if (unlikely(error_flag)) {
    log_error();
}

这里 __builtin_expect(expr, likely_value) 告诉编译器 expr 的值“期望”为 likely_value（1 表示真，0 表示假），从而优化分支跳转指令的生成。

使用建议与注意事项

虽然分支预测提示能提升性能，但使用时需谨慎：

• 只在性能关键路径上使用，比如内层循环、高频调用函数
• 确保预测方向正确，错误的提示反而会降低性能
• 常见使用场景：错误处理（unlikely）、空指针检查（unlikely）、默认情况（likely）
• C++20 属性更安全，宏更灵活但依赖编译器支持
• 在GCC、Clang中 __builtin_expect 从较早版本就已支持，MSVC需使用其他方式或依赖编译器自动优化

基本上就这些。正确使用 likely/unlikely 能在热点代码中带来可测量的性能提升，尤其是在分支高度可预测的场景下。不复杂但容易忽略。

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