为什么没有树枝的树生长得更快:代码中减少树枝的案例

主要观点:如同树艺师修剪树枝以确保树木健康生长,软件中也可修剪分支,且能提高 CPU 效率。分支是代码中的控制流,虽不可避免但会增加代码的不确定性,影响 CPU 优化。CPU 执行时会进行指令流水线和分支预测等优化,分支会降低 IPC 并导致流水线停滞,分支预测虽能避免流水线中断但也可能出错。
关键信息:

  • 分支是根据变量或输入决定下一步操作的控制流,如求最小值需分支。
  • CPU 优化包括指令流水线和分支预测,指令流水线可提高 CPU 组件利用率,但分支会导致流水线停滞。
  • 分支预测可避免流水线中断,但最好的分支预测器也会出错。
  • 可通过使用布尔表达式、生成代码等方式减少代码中的分支,如处理整数数组时避免在循环体中使用分支可提高性能。
    重要细节:
  • 英特尔优化手册很长,本文只关注受分支影响最大的优化。
  • 指令流水线的 5 个逻辑步骤及 CPU 组件在其中的作用。
  • 分支预测的简单方式及在循环中的应用。
  • 不同代码示例在处理整数数组时减少分支的效果对比,包括执行时间、IPC、分支未命中等指标。
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