C语言陷阱与技巧第17节，如果有个条件很大可能不发生，怎样写出更高效率的程序

在学习C语言程序开发时，很多初学者常常会有一种“编程也不过如此”的错觉，这种感觉通常出现在刚刚学完C语言语法，且能够独立完成一些课后练习题的时候，初学者的信心会在这一时期达到顶峰。可能会觉得程序无非就是各种 if 条件判断，加上相应的逻辑处理。

程序员编写程序就是为了服务人的，程序能够提供的服务越多，这个程序的功能也就越强大。不过，程序是死板的，它需要接收外界（比如人）输入的指令，才知道要做什么。

例如，你打开今日头条，你得点击我的文章才能看到这些内容。头条不会在你没有输入时，自动的把我的文章显示到手机。

这么看来，“程序是各种条件判断，加上相应的逻辑处理”这句话并没有错。程序会根据条件的不同，做出不同的响应。事实上，在C语言程序开发中也是如此——例如，程序员常常需要根据被调用函数不同的返回值，做出不同的处理，这其实就是“条件判断”+“相应逻辑处理”。

不过，从上一节介绍的 3 种风格的C语言代码应该可以看出，同样一个功能，有经验的程序员总是能够写出紧凑易读的代码，以更小的开销，实现更高的执行效率。

以下这种C语言代码常常出现在C语言程序开发中，请看：

if(cond){
    ...
    statements;
    ...
}else{
    ...
    statements;
    ...
}

可是有时候 cond 只在极少的情况下发生，例如：随机生成一个随机数，该随机数的范围是 0~100000，如果随机数小于 2，则将 val 赋值为 -1，否则将 val 赋值为当前UTC时间，相关C语言代码如下，请看：

if(myrand() < 2)
    val = -1;
else
    val = time(NULL);

从上述代码可以看出， val = -1; 其实只有 2/100000 的几率会被执行，但是为了这 2/100000 的几率，程序每次都需要判断 if 条件是否成立，这会造成一定的性能损失。

可是，不写 if 判断代码又会导致最终得到的C语言程序有可能不按照预期执行，该怎么办呢？类似的情况还有，某个条件非常可能成立，只会在极少情况下才不成立，但是同样得写上 if 语句每次判断。

针对这种情况，其实可以参考 Linux 内核的C语言代码，请看下面这两个宏：

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

其实看宏的名字应该就能明白它们的作用：likely(x) 会告诉编译器 x 很可能成立，unlikely(x) 则会告诉编译器 x 不太可能成立，然后编译器会据此优化代码，生成效率更高的程序，稍后我们会看到一个实例。

这一过程是由编译器内置函数__builtin_expect实现的，应该能够发现，Linux 内核使用该函数时用到了一个小技巧——使用 "!!" 将条件转换为 bool 值（ 0 或 1）。

相信读者应该已经明白，在C语言中任何非零值都会被认为是“真”，所以下面这样的C语言代码：

if(32)
    printf("true");
else
    printf("false");

编译后会输出 “true"。但是有时候有些程序员在开发中会忽略这一点，掉进“陷阱”，例如：

有两个函数 fun1() 和 fun2() 会返回任意整数，要求只有当它们一个返回真，一个返回假的时候，才打印“success”。

有些程序员会直接写：

int a = fun1();
int b = fun2();
if( ( a && (!b) || ( (!a)&&b ) )
    printf("success")

还有些程序员注意到了 fun1() 和 fun()2 要么返回真，要么返回假，他觉得上面这种写法太罗嗦，于是写可能会写出这样的C语言代码：

if( fun1() != fun2() )
    printf("success");

看起来，似乎只有一个真一个假的时候，fun1() 和 fun2() 才会不相等，所以上面这种简洁的写法更好？

不过要是 fun1() 和 fun2() 函数一个返回 3，一个返回 4 ，上面这种写法就会输出不符合预期的结果了。所以这种思路正确的写法如下，请看相关C语言代码：

if( !!fun1() != !!fun2() )
    printf("success");

"!!" 可以将条件转换为 bool 值，下面这两种写法是等价的：

b = cond?1:0;
// 等价于
b = !!cond;

likely 与 unlikely 宏的实例

现在我们一起看一下 likely 与 unlikely 宏的作用，写出C语言代码如下，请看：

#define likely(x)  (__builtin_expect(!!(x), 1))
#define unlikely(x)    (__builtin_expect(!!(x), 0))
int test_likely(int x)
{
    if(likely(x==0))
        x = 6;
    else
        x = 9;
    return x;
}
int test_unlikely(int x)
{
    if(unlikely(x==0))
        x = 6;
    else
        x = 9;
    return x;
}
int test_normal(int x)
{
    if(x==0)
        x = 6;
    else
        x = 9;
    return x;
}

# gcc -fprofile-arcs -O2 -c t.c
# objdump -d t.o

得到如下输出：

其实从这里也能够看出，如果程序员将 likely 宏与 unlikely 宏使用反了，是会降低C语言程序的效率的，因此在使用这两个宏之前，一定要弄清楚条件是很大可能发生，还是基本不会发生，否则会适得其反。

本节讨论了C语言程序开发中条件语句的重要性，介绍了使用 "!!" 将条件转换为 bool 值的小技巧，并在此基础上讨论了 Linux 内核中常用的 likely 和 unlikely 两个宏，正确使用这两个宏是能够提高最终得到的C语言程序运行效率的。