文章目录
- [第一章 C++20核心语法特性](#第一章 C++20核心语法特性)
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- [1.11 [[likely]] 和 [[unlikely]]属性](#1.11 [[likely]] 和 [[unlikely]]属性)
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- [1.11.1 作用与原理](#1.11.1 作用与原理)
- [1.11.2 举例](#1.11.2 举例)
- [1.12 特性测试宏](#1.12 特性测试宏)
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- [1.12.1 作用与原理](#1.12.1 作用与原理)
- [1.12.2 举例](#1.12.2 举例)
- [1.12.3 常用宏列表总结](#1.12.3 常用宏列表总结)
本文记录C++20新特性之[[likely]] ，[[unlikely]]属性和特性测试宏。
第一章 C++20核心语法特性
1.11 [[likely]] 和 [[unlikely]]属性
现代 CPU 采用流水线技术执行指令。当遇到条件跳转（如 if 或 switch）时，CPU 需要猜测代码会走哪条路径，并预先加载该路径的指令。
如果CPU预测正确，流水线畅通无阻，性能极高。
如果CPU预测错了，就是一种控制冒险，CPU必须清空流水线，重新加载正确指令，这个过程需要几十个指令周期。
C++20之前，为了优化热点代码，开发者通常依赖编译器特定的扩展，例如 GCC/Clang 的 __builtin_expect：
cpp
// GCC/Clang 旧式写法
#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
if (likely(ptr != nullptr)) { ... }这种写法，在MSVC上不支持，而且代码可读性较差。C++20为了将这一需求标准化，将这个属性纳入新版本中。
1.11.1 作用与原理
这两个属性可以应用于语句（Statements）和标签（Labels）。
\[likely\]\]：告诉编译器，该分支执行的概率很高。
\[\[unlikely\]\]：告诉编译器，该分支执行的概率很低。
编译器会利用这些信息做以下优化：
指令重排 (Code Layout Optimization)：编译器会将 likely 的代码块紧挨着跳转指令放置，而将 unlikely 的代码块放到较远的内存位置（Cold Section）。这样可以提高指令缓存（I-Cache）的命中率。
分支预测提示：在某些架构上，编译器可能会生成特定的前缀指令来显式告诉 CPU 如何预测。
#### 1.11.2 举例
示例1：优化if else分支
```cpp
void process(int* ptr)
{
// 告诉编译器：ptr 为空的情况极少发生
if (ptr == nullptr) [[unlikely]]
{
// 这里的代码可能会被编译器扔到函数的末尾，避免污染指令缓存
throw std::runtime_error("Pointer is null");
}
// 告诉编译器：这个分支是主要路径
if (*ptr > 0) [[likely]]
{
std::cout << "Positive value processing..." << std::endl;
// ... 热点代码 ...
}
else
{
std::cout << "Non-positive processing..." << std::endl;
}
}
```
示例2：优化 switch语句
在 switch 语句中，这两个属性可以标记在 case 标签上。
```cpp
void handle_event(int event_type) {
switch (event_type) {
case 1: [[likely]] {
// 绝大多数时候都是处理事件 1
// 编译器可能会优先比较 event_type == 1
process_event_one();
break;
}
case 2: {
process_event_two();
break;
}
case 3: [[unlikely]] {
// 极罕见的事件
process_rare_event();
break;
}
}
}
```
### 1.12 特性测试宏
在 C++20 之前，为了编写可移植的代码，开发者通常面临以下困境：
编译器碎片化：GCC 8 支持了部分 C++17 特性，Clang 6 支持了另一部分，MSVC 又是另一种情况。仅仅检查 __cplusplus 版本号（如 201703L）往往不够精确，因为编译器可能只实现了标准的一部分。
复杂的构建脚本：开发者被迫在 CMake 或 Makefile 中编写大量的 try_compile 脚本来探测编译器能力，这增加了构建系统的复杂性。
非标准宏：依赖 __has_include 或编译器特定的宏（如 __cpp_rtti），缺乏统一标准。
C++20（实际上从 C++17 SD-6 文档开始建议，C++20 正式入标）引入了一套标准化的预定义宏，让源代码自己就能"知道"编译器支持哪些特性。
#### 1.12.1 作用与原理
特性测试宏本质上是编译器预定义的数字宏。
特性测试宏命名规范：语言特性宏通常以__cpp_开头，例如 __cpp_concepts。
宏的值：是一个整数，通常代表该特性被采纳或更新的年月。
头文件：语言特性宏直接由编译器预定义，无需包含头文件。
#### 1.12.2 举例
示例1：假设当前正在使用C++20的Concepts，但为了兼容旧编译器，需要提供回退方案。
```cpp
#ifdef __cpp_concepts
#include