《深入了解計算機系統》——（一）

一、條件資料傳送和條件控制轉移

首先我們先從代碼層面看下這兩者的不同點，先給出結論：條件資料傳送性能>條件控制轉移性能

public class IfTest {
    private static int absDiff(int x, int y) {
        int result;
        if (x < y) {
            result = y - x;
        } else {
            result = x - y;
        }
        return result;
    }


    private static int cmovDiff(int x, int y) {
        int rval = y - x;
        int eval = x - y;
        boolean nTest = x >= y;
        if (nTest) {
            rval = eval;
        }
        return rval;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int x = 998, y = 999;
        System.out.println("absDiff start");
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(absDiff(x, y));
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("absDiff start time=" + (endTime - startTime));

        System.out.println("cmovDiff start");
        startTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(cmovDiff(x, y));
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("cmovDiff start time=" + (endTime - startTime));
    }
}
           

自己可以試驗下兩者的所用時間比較，下面來具體分析下原因：

處理器通過使用流水線獲得高性能，在流水線中，一條指令的處理要經過一系列的階段，每個階段執行所需操作的一小部分（例如，從記憶體中取指令，确定指令類型，從 記憶體讀資料，執行算數運算，向記憶體寫資料，以及更新程式計數器等）。這種方法是通過重疊連續指令的步驟來提高性能，例如，在取一條指令的同時，執行他前面的一條指令的算數運算。但是要做到這一點，就需要事先确定要執行的指令序列，這樣才能保證流水線中充滿了待執行的指令。當機器遇到條件分支的時候，隻有當條件求值完成之後才能确定走哪個分支。但是現在機器不會那麼傻的自己去等待而不做别的事，他會采用非常精密的分支預測邏輯猜測每條跳轉邏輯是否會執行，然後将機率最大的那個分支的指令放在流水線中，如果在成功率比較高的情況下，其實效率還是比較高的，但是如果是上圖中的x<y這樣的結果就非常的不好預測，基本隻有50%的機率，一旦猜測錯誤，就會要求處理器丢掉它為該跳轉指令後所做的所有事情，然後開始從正确的位置開始去填充流水線。而對于條件資料傳送，是先将資料計算好處理，放在寄存器中，最後才會處理判斷分支，使得整個控制流不依賴與資料，更容易保持流水線是滿的，所有平均來看條件資料傳送效率會更高，性能會更好。

二、switch語句

正常我們在開發的過程中，如果遇到條件分支都是建議使用switch語句，話說是效率會高點，那為什麼呢？其實也不是什麼情況都适用，隻有在需要處理具有多種可能結果的預測時，這種語句才會特别有用，接下來一探究竟：

首先switch的底層資料結構是跳轉表。跳轉表是一個數組，表項i是一個代碼段的位址，這個代碼段實作當開關索引值等于i時程式應該采取的動作。程式代碼用開關索引值來執行一個跳轉表内的數組引用，确定跳轉表的目标，和使用一組很長的if-else相比，使用跳轉表的優點就是執行開關語句的時間與開關情況的數量無關。GCC根據開關情況的數量和開關情況值的稀疏程度來翻譯開關語句，當開關情況數量比較多時（4個以上），并且值的跨度比較小時，就會使用跳轉表。