在Linux内核中likely和unlikely函数有两种（只能两者选一）实现方式，它们的实现原理稍有不同，但作用是相同的，下面将结合linux-2.6.38.8版本的内核代码来进行讲解。
1、对__builtin_expect的封装
它们的源代码如下：
- /* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
- # define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
- # define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */ # define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1) # define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)</span>
__builtin_expect 是GCC的内置函数，用来对选择语句的判断条件进行优化，常用于一个判断条件经常成立（如likely）或经常不成立（如unlikely）的情况。
__builtin_expect的函数原型为long __builtin_expect (long exp, long c)，返回值为完整表达式exp的值，它的作用是期望表达式exp的值等于c（注意，如果exp == c条件成立的机会占绝大多数，那么性能将会得到提升，否则性能反而会下降）。
在普通的应用程序中也可以使用__builtin_expect，如下面的例子：
- #include <stdio.h>
- int main(void)
- {
- int a;
- scanf("%d", &a);
- if(__builtin_expect(a, 4))
- printf("if: a = %d ", a);
- else
- printf("else: a = %d ", a);
- return 0;
- }
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">#include <stdio.h>
int main(void)
{
int a;
scanf("%d", &a);
if(__builtin_expect(a, 4))
printf("if: a = %d
", a);
else
printf("else: a = %d
", a);
return 0;
}
</span>
分别输入整数0到4来进行5次测试，它们的输出分别为：
- else: a = 0
- if: a = 1
- if: a = 2
- if: a = 3
- if: a = 4
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">else: a = 0 if: a = 1 if: a = 2 if: a = 3 if: a = 4 </span>
注意，在上例中只有输入整数0的时候才执行else后的打印语句，也就是说__builtin_expect(a, 4)函数的值就是表达式a的值。
记住，它们只是用来提升性能的优化手段，并不会改变原来表达式的值。
2、使用__branch_check__函数
它们的源代码如下：
- /* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
- # ifndef likely
- # define likely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 1))
- # endif
- # ifndef unlikely
- # define unlikely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 0))
- # endif
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */ # ifndef likely # define likely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 1)) # endif # ifndef unlikely # define unlikely(x) (__builtin_constant_p(x) ? !!(x) : __branch_check__(x, 0)) # endif</span>
（1）、先使用内置函数__builtin_constant_p忽略表达式x为常量的情况 （这而的!!(x)为什么不写成x呢？）
__builtin_constant_p也是GCC的内置函数，函数原型为int __builtin_constant_p(exp)，用于判断表达式exp在编译时是否是一个常量，如果是则函数的值为整数1，否则为0，如下面的例子：
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #define VALUE 5
- int main(void)
- {
- char *ptr = NULL;
- int num, count;
- ptr = malloc(20);
- num = __builtin_constant_p(ptr) ? 20 : 20 + 10;
- printf("num = %d ", num);
- free(ptr);
- count = __builtin_constant_p(VALUE) ? 20 + VALUE : 10;
- printf("count = %d ", count);
- return 0;
- }
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define VALUE 5
int main(void)
{
char *ptr = NULL;
int num, count;
ptr = malloc(20);
num = __builtin_constant_p(ptr) ? 20 : 20 + 10;
printf("num = %d
", num);
free(ptr);
count = __builtin_constant_p(VALUE) ? 20 + VALUE : 10;
printf("count = %d
", count);
return 0;
}
</span>
例子的输出结果：
- num = 30
- count = 25
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">num = 30 count = 25 </span>
例子中的ptr为指针变量，所以__builtin_constant_p(ptr)的值为0，num的值为30。
（2）、函数__branch_check__的实现
- /* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
- #define __branch_check__(x, expect) ({
- int ______r;
- static struct ftrace_branch_data
- __attribute__((__aligned__(4)))
- __attribute__((section("_ftrace_annotated_branch")))
- ______f = {
- .func = __func__,
- .file = __FILE__,
- .line = __LINE__,
- };
- ______r = likely_notrace(x);
- ftrace_likely_update(&______f, ______r, expect);
- ______r;
- })
<span style="font-family:SimHei;font-size:18px;">/* linux-2.6.38.8/include/linux/compiler.h */
#define __branch_check__(x, expect) ({
int ______r;
static struct ftrace_branch_data
__attribute__((__aligned__(4)))
__attribute__((section("_ftrace_annotated_branch")))
______f = {
.func = __func__,
.file = __FILE__,
.line = __LINE__,
};
______r = likely_notrace(x);
ftrace_likely_update(&______f, ______r, expect);
______r;
})</span>
使用它来检查判断条件并记录likely判断的预测信息，之后根据预测信息进行相应的优化以提升性能。
函数__branch_check__的返回值为______r的值，也就是参数x的值。