谨以此文纪念伟大的计算机科学巨匠Ken Thompson和Dennis Ritchie，并同时向其他所有为Unix发展做出贡献的黑客致敬。

历史的尘埃

Unix作为一个举世闻名的操作系统已有40余年的历史，围绕着这个古老的操作系统的发展又衍生出了一系列外围软件生态群，其中一个非常重要的组件就是shell。它是操作系统最外层的接口，负责直接面向用户交互并提供内核服务，包括命令行接口(CLI)或图形界面接口(GUI)两种形式。以CLI为例，它提供一套命令规范，是一种解释性语言，将用户输入经过解释器(interpreter)输出使其转化成真正的系统调用，实现人机交互的功能。

和操作系统一样，shell也经历了一个漫长的演变史。如今大部分资料讲述最古老的shell都是从1977年的Bourne Shell说起的，它最初移植到Unix V7上，被追认整个shell家族成员的鼻祖，后来的种群都是从其身上分支出来的。

对于1977年之前的历史很多资料大多一笔带过或略过不提。事实上，第一个移植到Unix上的shell却不是Steve Bourne写的，早在1975年5月，贝尔实验室就对外发布了第一个广泛传播的Unix版本——Unix V6（之前开发的版本只供内部研究之用），其根目录下的/bin/sh是第一个Unix自带的shell，由Ken Thompson写的，因此也被称为Thompson Shell。甚至，更早可以追溯到1971年的时候，Thompson Shell就作为一个独立于内核的应用程序而实现了，只不过从1975年正式问世到1977年被取代，短短两年的寿命使得它很少为大多数人所认识。

关于Thompson Shell被取代的原因在后文中会给出说明，这里着重介绍一下该shell本身的一些技术细节。坦白讲，关于Thompson Shell的资料有点稀缺，但至少还能从网上找到源代码和在线文档。Thompson Shell本身是由一个不足900行代码的解释器和一些外部命令工具组件(utilities)构成，用K&R C写成，下面给出各个组件的相关源码和文档链接。

• 解释器sh：解析各种shell命令，包括内置命令和外部命令；源码sh.c；安装路径/bin/sh；手册sh(1)。

• 内置命令手册包括chdir(1)，login(1)，newgrp(1)，shift(1)，wait(1)。

下面是外部命令：

• exit命令：退出一个文件；源码exit.c；安装路径/bin/exit；手册exit(1)。

• goto命令：在一个文件内跳转shell控制流程；源码goto.c；安装路径/bin/goto；手册goto(1)。

• if命令：条件判断表达式，是test命令的前身；源码if.c；安装路径/bin/if), 手册if(1)。

• glob命令：扩展命令参数通配符；源码glob.c；安装路径/etc/glob；手册glob(8)。

命令结构和规范

尽管后来遭“埋汰”，Thompson Shell仍有着不容否认的历史地位，其最大的价值在于它奠定了shell命令语言结构和规范的基础，而且其解释器具有跨平台的可移植性，并影响到了后来包括Bourne Shell在内的各种脚本语言设计实现。下面我们就以其中5个特性重温一些大家已经耳熟能详的命令规范，你也可以通过sh(1)手册查看原始资料。

• 过滤器/管道线(filter/pipeline)。这绝对是要载入Unix史册的发明，创立者是Douglas McIlroy，Thompson Shell引入并实现了这个伟大的概念——一个或多个命令组成一根过滤器的链条，由’|’或’^’符号分隔。除最后一个命令之外，每个命令的标准输出都被作为下一个命令的标准输入。这样每个命令都作为一个独立的进程来运行，并通过管道与邻近的进程相连接。圆括弧内的命令序列整体上可以替代单个命令作为过滤器实现，比如用户可以输入”(A;B)|C”。

• 命令序列和后台进程。分号’;’指示多个命令序列化执行。’&’符号指示该命令在后台异步执行，使得前面的管道线不必等待其终止，仅仅报告一个进程id，这样用户以后可以通过kill命令与它通信。有益于进程管理。

• I/O重定向。它利用了Unix设计上的一个重要特性——一切皆文件，用三个符号表示：”重定向输出，如果文件不存在则创建它，如果文件存在则截断它；’>>’追加模式重定向输出，如果文件不存在则创建它，如果文件存在则追加输出至末尾处。

• 通配符扩展(globbing)。通配符的概念源自于正则表达式，使得解释器智能地处理用户不完全输入，比如记不清文件名、一次性输入多个文件等。’?’匹配任意单一字符；’*’匹配任意字符串（包括空串）；成对'[‘和’]’定义了字符集合一个类，可匹配方括号内任意成员，用’-‘两端可指定一系列连续字符匹配范围。

• 参数传递。这里主要引入了位置参数和选项参数的概念：’$n’指示shell调用的第n个参数替代；还定义了两个选项参数’-t’和’-c’，前者用于交互，导致shell从标准输入中读入一行作为用户执行的系统命令，后者指示shell将附带的下一个参数作为命令执行（可正确处理换行符），是对’-t’的补充，特别是调用者已经读取了命令其中某些字符的情况下。如果不带选项参数则直接读取文件名

解释器的原理与实现

接下来马上要进入核心部分了，为了搞懂shell解释器原理，我们要对其整个工作流程做个描述（这里给出一份带注解的sh.c源码剖析）。读过《编译原理》的同学知道，解释器的实现跟编译器差不多，只不过省略了生成目标代码这一步，直接将用户输入（shell命令）转化成输出（系统调用）。软件前端是一致的，包括预处理、词法扫描、语法分析和语义分析，最后还要附加一个进程管理。当然相较于现代编译器，Thompson Shell解释器在算法和规模上都要简单得多，不过原理上是相通的，何况年代上要比Lex & Yacc还要早。麻雀虽小，五脏俱全，对于初学者来说，从Thompson Shell去入手编译原理或许不失为一种好选择。

预处理(preprocessor)

同C预处理器需要事先将源代码中包含的宏和头文件展开一样，Thompson Shell首先需要处理命令中的选项参数和位置参数。选项参数有两种’-t’和’-c’，决定了shell从标准输入还是参数缓存中读取字符（见sh(1)）。此外字符序列中还要处理反斜杠’\’，判断是转义字符还是行接续符，前者对下一个字符设置引用标识，表明做普通字符处理，后者将紧邻其后换行符过滤掉。

位置参数是美元符号’$’打头的，后带一个数字，如’$n’，预处理器对shell命令参数从头开始计数，返回数字n指定的参数位置。如果遇上double’$$’，则表示当前的进程标识，调用getpid()获取。

注意到预处理器需要一次读取多个字符，这样就会多读一个不必要的字符。对此解释器提供了一种预读(peek)方式，即每次从输入流读取一个字符时，放入一个预读缓存里（只有一个int大小的堆栈），也叫回退(push back)。此后先从预读缓存中读取，如果缓存被读完，则从输入流中读取。

词法扫描(lexical scanning)

经过预处理后的字符序列将被切割成为一系列词法记号(token)，安置在token列表中，扫描器将对以下几类字符做如下处理。

• 空格和tab：简单过滤。

• 引号：需要成对出现，字符本身被过滤，一对引号之间所有字符都被设置引用标识，作为一个token。

• 元字符：如’&’，’|’等，字符本身作为一个单独token。

• 其他字符：一律填充token，直到碰上以上字符分隔为止。

举一个例子，当我们输入命令”(ls; cat tail) >junk”，那么token列表映像将是这样的：

语法分析(syntax parser)

语法分析就是将token列表中的元素作为表达式(expression)并以节点为单位构建语法树，简单命令是一个表达式，而复合命令以及命令序列是多个表达式的组合。Thompson Shell中以简单数组作为语法树的容器，实际上这是结构体的一种变形，只不过每个成员字段大小都一样（都是sizeof int）而已。一个语法树节点最多有6个字段（大小根据类型可变），分别是

• DTYP（节点类型）：每个节点都有唯一的类型，又分为四种——TCOM（简单命令）、TPAR（复合命令）、TFIL（过滤器/管道线）、TLST（命令序列）。

• DLEF（左子树节点）：相当于链表指针，根据DTYP定义有所不同。如过滤器类型左子树节点为前一个命令的输出重定向文件，右子树节点为后一个命令的输入重定向文件。

• DRIG（右子树节点）：同上。

• DFLG（节点属性）：这是个标志位(flag)，决定该节点包含命令的属性以及以什么样的状态执行。

• DSPR（子命令）：两重含义，对于简单命令，该字段为空；对于复合命令，该字段指向子语法树节点。

• DCOM（命令字符）：引用命令字符序列。

语法树节点生成顺序根据token列表中每个元素的优先级(priority)而定，首先遍历整个列表，找到优先级最高的token作为根节点，再分别生成左右子树，这是一种最简单的自顶向下(top-down)解决方案。各个token优先级视DTYP字段而定

语法树的构建过程中还使用了一种基于“有限状态机(finite-state machine)”的动态规划算法，其实现是将整个逻辑流程划分为四个状态：syntax、syn1、syn2、syn3，对应于上面token优先级，程序在每个状态下都生成一个相应类型的节点，同时还生成四种策略，以决议下一步将转移到何种状态（根据优先级搜索对应的token）。这个四种策略分别是

• 生成左子树：左边token列表递进到下层状态。

• 生成右子树：右边token列表并回溯到上层状态或递归调用。

• 找不到对应token：保持原有token列表递进到下层状态。

• 生成节点：直接返回节点。

当我们遍历完整个token列表后，程序总是能返回最初的调用点，即根节点上，从而生成一棵完整的语法树。这种算法的好处是程序员不必关注具体实现的每个细枝末节，只要关注相应的状态并制定对应的转移策略即可。还值得一提的是每个转移策略都是发生在赋值语句或返回语句上，并使用函数实参保存临时变量，这样就避免了调用次数过多导致堆栈溢出。

依旧举两个个例子，比如命令”A & ; B | C”对应的语法树

命令”(A ; B) | C”对应的语法树：

语义分析(Semantic Analyzer)

语法分析仅仅停留在token表达式合法性层面上，它并不知道该表达式是否有意义，比如哪些命令是要后台运行，哪些命令的I/O被重定向到管道线上，通配符该如何扩展等等，这时候要靠语义分析了。这里的“语义”体现在对特殊字符的动态处理以及语法树节点的字段设置，根据上下文(context)而定。比如对于元字符’>’，我们要判断输出重定向到哪个文件，是截断还是追加。对于通配符’?’、’*’和'[…]’，我们要决定对哪些字符进行扩展，这些在/etc/glob中专门处理。对于语法树节点，除了自身固有属性之外，还需要继承上层节点的属性，以及下推属性到下层子树节点，下面列了一张表格说明。

执行命令(Executor)

当前面一系列步骤之后，如果错误计数为0，则解释器从语法树的根节点开始，深度优先遍历所有节点，并根据前面语法和语义分析得到的类型和属性，一一执行所包含的命令，以生成最后的系统调用。

对于命令序列(TLST)节点，从左至右顺序执行子树节点命令。

对于过滤器(TFIL)节点，创建管道文件句柄，作为左右子树的重定向文件。

对于简单命令(TCOM)和复合命令(TPAR)节点，首先筛选出系统内置命令(built-in)，对于剩下的外部命令则fork一个子进程执行它。如果是复合命令中最后一个子命令，那么仍在原来的进程上执行而不必创建新进程。可执行文件路径按先后顺序搜索：①本地路径；②/bin；③/usr/bin。

多进程环境下，特别要注意文件句柄管理。命令间共享标准输入输出设备之外，还会重定向到管道线，而父进程在fork之后子进程会获取一份文件句柄拷贝，所以父进程必须在fork之后立即关闭闲置的管道线句柄（如果有的话）以免造成资源泄漏，子进程也将在重定向之后关闭管道线句柄。

对于后台命令需要打印pid，但不需要响应中断信号，父进程也不必等待子进程终止。其余进程命令执行中可捕获中断信号，并转入相应的处理函数。

解释器用内置的errno全局变量保存进程终止状态，并生成终止报告(termination report)，系统调用wait()用于返回终止进程的pid并输出报告消息索引。

孰优孰劣

尽管Thompson Shell是一款优秀的命令解释器，还产生了多项历史创举，但遗憾的是依然得不到命运女神的垂青，这要归咎于其自身的缺陷——功能单一、命令分散、控制流过于简单，尚无法用来编写脚本(script)。随着Unix日益壮大，它已经无法应付趋于繁杂的编程项目了。那时还出现了一个叫John Mashey的人写的PWB Shell（又叫做Mashey Shell），基于Thompson Shell做了些改进，扩展了命令集，增加了shell变量，还增加了if-then-else-endif，for，while等控制逻辑。不幸的是它比Thompson Shell更短命，因为1977年它遇上了一个强劲的对手。

没错，那就是Bourne Shell，它的主要优点是真正实现了结构化脚本编程，比之前的shell实现得都要好，更要命的是它与前两个shell都不兼容，于是一场标准化的论战开始了。在David G. Korn（ksh作者）写的“ksh – An Extensible High Level Language”一文中提及，Steve Bourne和John Mashey在三次连续的Unix用户组集会上争论他们各自的理由。在这些集会之间，各自增进他们的shell来拥有对方的功能。还设立了一个委员会来选择标准shell，最终还是选择了Bourne shell作为标准。

于是从Unix V7开始就有了前面所说的”Bourne Shell Family”。然而历史上没有完美的技术，随着八、九十年代操作系统迅猛发展，针对Bourne Shell的诟病也越来越多了。在解释器本身实现上，我看到网上一个对其评价是“universally considered to be one of the most horrible C code ever written”，至于原因去看一下mac.h就知道了，包括基本运算符、关键字在内的大量宏定义使得整个代码看上去简直不是C写的，也许Bourne是想把解释器打造成自己独特的风格吧，也难怪后来的bash以“born again”命名就是对其祖先的戏谑性调侃。另外内存管理上的一些毛病带来平台可移植性问题，至于其中的技术细节有点高级，超出本文范畴。

Thompson Again Shell?

虽然历史没有给Thompson Shell一个机会，但它并非就此同Unix V6那样一同沦为开源博物馆上的古老“化石”。作为出自顶级黑客之手的作品，作为伴随Unix那样伟大操作系统一同曾经流行计算机的产物，至今仍受国内外程序员的缅怀，或将其改写，或为其作注。比如国外一个站点v6shell.org上就实现了一个免费开源的可移植性shell，它兼容并扩充原来的Thompson Shell并且可用来做脚本编程。再比如中国程序员寒蝉退士在其个人博客上发布了一个注解版，并对原版做了一些改写，主要是将K&R C转为ANSI C，并且符合POSIX规范，使原本晦涩难懂的源码变得清晰易读起来。正是因为接触到他的版本激起了我对老Unix的考古兴趣，才有了这篇“考古笔记”。我在想不知今后会不会像bash那样，出一个tash来呢？

一些感想

本来全文应该就此结束了，但此时此刻不禁想多说几句。这篇笔记当初并非有意而为之，在hacking源码的过程中感想积累多了也就逐渐成章了。看代码、作注解、查资料、写此文，前后历经四个多礼拜，是在繁杂的工作中“挤乳沟”挤出来的零散时间片拼凑起来的，虽然文字不长但也算耗费了一番心血，酸甜苦辣心中自明，体会到踏上社会之后潜下心做研究之艰难。如今面对这样一份不到900行写成的，没有一行多余的代码，简洁(clarity)、干净(clean)、快速(fast)，这就是Pure C的魅力，我深为这种厚重的编程功力所折服，正所谓“大道至简”吧。虽然要完全弄懂它需要很多时间，但我相信这种代价却是值得的。

最后再八卦一下，2011年Dennis Ritchie去世了，有人生前问过他“学C需要多久才能成为熟练开发者并写出重要产品代码？”，Ritchie回答“我不知道，我从没去学过C。”(I don’t know. I never had to learn C.)其实这里已经给出了答案——那就是没有比去阅读Unix源代码更好的选择了，某种意义上C语言就是为Unix而生的。

参考资料

The Unix Heritage Society：Unix社区遗产，上面有v6和v7以及其它一些衍生版本的操作系统源代码。

The Traditional Bourne Shell Family：Bourne Shell家族简史。

v6shell：osh，一个基于Thompson Shell的开源可移植性old shell。

寒蝉退士的博客：Thompson Shell的一个注解版。

Evolution of shells in Linux：简述Linux Shell演变史。

附录一个中文注释的 shell源码

（全文完）

你可能会有两个问题，

• 一个问题是为什么GCC要转成C++的实现？

• 没有C++的编译器，我怎么编译C++编译器的代码？这不是“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题么？

那，我们来看一看吧。

为什么要用C++

在GNU的C++ Conversion文档中，我们可以在Background中看到这样的描述：

Whether we use C or C++, we need to try to ensure that interfaces are easy to understand, that the code is reasonably modular, that the internal documentation corresponds to the code, that it is possible for new developers to write new passes and to fix bugs. Those are the important issues for us to consider. The C++ features which are not present in C — features which are well documented in many books and many web sites — are not an important issue.

这句话的意思可以理解为，今天GCC在用C语言的实现已经有点hold不住了，因为，开发人员觉得，不管我们用C或C++，都需要努力确保接口是容易理解的，这样我们的代码是想当理性地被模块化的，这样内部文档和代码一致，这样可以更好地组织代码，这样有利于新人了fix-bug。而C++正好可以让他们更好的完成这些东西。

GNU还给出了下面这些理由：

• C++ 是一种标准化的，大众的，流行的语言。
• C++ 是C90的超集。
• C++作为C的扩展和C在性能上一样好。
• C++ 在一些有意义的案例上支持更干净的代码。
• C++ 让你更容易去写一个更干净的接口。
• C++ 永远不会让你的代码变得更丑。
• C++ 不是万灵药，他是C的一个改进。

然后，给了一个PDF http://airs.com/ian/cxx-slides.pdf，这是Google 的 Ian Lance Taylor的的一个PPT，这个文档可以让大家更好地理解我在《C++的坑多吗？》一文中那些观点。我都不知道我要说多少遍C++的封装，继承和多态比C语言在代码组织上要好得多得多。大家还是自己看一下代码吧：

数据结构的操作 —— 你写的一定不会有STL好

结构套结构还是继承？

函数指针还是多态？

垃圾回收 还是 智能指针？

Why not C++? 

• C++慢吗？某些特性会慢，但是有时C++更快，你可以只用你喜欢的C++特性。
• C++复杂吗？它只不过是另一种编程语言，他可以让你对程序员维护更简单。
• FSF不喜欢C++！因为FSF（自由软件基金会）这些人不写代码。

Bootstrapping

最后，我想来介绍一下Bootstrapping。 所谓Bootstrapping，就是用自己这个语言写编译器来编译自己，也就是说如果你要编译gcc，你需要用一个c的编译器来编译之，这个就是bootstrapped process，自举过程。包括 BASIC, Algol, C, C++, Pascal, PL/I, Factor, Haskell, Modula-2, Oberon, OCaml,Common Lisp, Scheme, Java, Python, Scala 等语言都这么干。

这样干的好处主要是，自己可以测试自己，编译器的改善和语言的改善相辅相成。

但是，这是一个“鸡生蛋，还是蛋生鸡”的问题，如果你需要用X语言来写一个X语言编译器的语言，你可以这样干：

• 用Y语言来实现X的语言解释器或编译器。 Niklaus Wirth 说 Pascal 的第一个编译器是由 Fortran 写的。
• 已存在用Y语言写的X语言的编译器或解释器。Scheme 就是这么干的。
• 已经有一个编译器来编译一个早期版本的X语言，然后就可以用早期版本的X语言来编译新版本的X语言了。Java，Haskell, 和最初版的 Free Pascal 就是这么干的。
• X在某平台上的编译器已经存在，可以使用交叉编译技术来编译另一个平台上X语言，C语言就是这么干的。
• 用X语言写一个编译器，然后手动编译之（不需要特别优化），（注：手动编译估计就是手动翻译成机器汇编代码），然后再运行这个手动编译的编译器来编译这个编译器的源码，并优化之。Donald Knuth 在他的 WEB literate programming 系统里用到了这个方法。

（全文完）

第一个例子

PHP中Getter和Setter的效率（来源reddit）

这个例子比较简单，你可以跳过。

考虑下面的PHP代码：我们可看到，使用Getter/Setter的方式，性能要比直接读写成员变量要差一倍以上。

<?php
	//dog_naive.php

	class dog {
		public $name = "";
		public function setName($name) {
			$this-&gt;name = $name;
		}
		public function getName() {
			return $this-&gt;name;
		}
	}

	$rover = new dog();
        //通过Getter/Setter方式
	for ($x=0; $x<10; $x++) {
		$t = microtime(true);
		for ($i=0; $i<1000000; $i++) {
			$rover->setName("rover");
			$n = $rover->getName();
		}
		echo microtime(true) - $t;
		echo "\n";
	}
        //直接存取变量方式
        for ($x=0; $x<10; $x++) {
		$t = microtime(true);
		for($i=0; $i<1000000; $i++) {
			$rover->name = "rover";
			$n = $rover->name;
		}
		echo microtime(true) - $t;
		echo "\n";
	}
?>

这个并没有什么稀，因为有函数调用的开销，函数调用需要压栈出栈，需要传值，有时还要需要中断，要干的事太多了。所以，代码多了，效率自然就慢了。所有的语言都这个德行，这就是为什么C++要引入inline的原因。而且Java在打开优化的时候也可以优化之。但是对于动态语言来说，这个事就变得有点困难了。

你可能会以为使用下面的代码（Magic Function）会好一些，但实际其性能更差。

class dog {
	private $_name = "";
	function __set($property,$value) {
		if($property == 'name') $this->_name = $value;
	}
	function __get($property) {
		if($property == 'name') return $this->_name;
	}
}

动态语言的效率从来都是一个问题，如果你需要PHP有更好的性能，你可能需要使用FaceBook的HipHop来把PHP编译成C语言。

第二个例子

为什么Python程序在函数内执行得更快？（来源StackOverflow）

考虑下面的代码，一个在函数体内，一个是全局的代码。

函数内的代码执行效率为 1.8s

def main():
    for i in xrange(10**8):
        pass
main()

函数体外的代码执行效率为 4.5s

for i in xrange(10**8):
    pass

不用太纠结时间，只是一个示例，我们可以看到效率查得很多。为什么会这样呢？我们使用 dis module 反汇编函数体内的bytecode 代码，使用 compile builtin 反汇编全局bytecode，我们可以看到下面的反汇编（注意我高亮的地方）

13 FOR_ITER                 6 (to 22)
16 STORE_FAST               1 (i)
19 JUMP_ABSOLUTE           13

13 FOR_ITER                 6 (to 22)
16 STORE_NAME               1 (i)
19 JUMP_ABSOLUTE           13

我们可以看到，差别就是 STORE_FAST 和 STORE_NAME，前者比后者快很多。所以，在全局代码中，变量i成了一个全局变量，而函数中的i是放在本地变量表中，所以在全局变量表中查找变量就慢很多。如果你在main函数中声明global i 那么效率也就下来了。原因是，本地变量是存在一个数组中（直到），用一个整型常量去访问，而全局变量存在一个dictionary中，查询很慢。

（注：在C/C++中，这个不是一个问题）

第三个例子

为什么排好序的数据在遍历时会更快？（来源StackOverflow）

参看如下C/C++的代码：

 for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i) {
   // primary loop
    for (unsigned j = 0; j < arraySize; ++j) {
        if (data[j] >= 128)
            sum += data[j];
    }
}

如果你的data数组是排好序的，那么性能是1.93s，如果没有排序，性能为11.54秒。差5倍多。无论是C/C++/Java，或是别的什么语言都基本上一样。

这个问题的原因是—— branch prediction （分支预判）伟大的stackoverflow给了一个非常不错的解释。

考虑我们一个铁路分叉，当我们的列车来的时候， 扳道员知道分个分叉通往哪，但不知道这个列车要去哪儿，司机知道要去哪，但是不知道走哪条分叉。所以，我们需要让列车停下来，然后司机和扳道员沟通一下。这样的性能太差了。

所以，我们可以优化一下，那就是猜，我们至少有50%的概率猜对，如果猜对了，火车行驶性能巨高，猜错了，就得让火车退回来。如果我猜对的概率高，那么，我们的性能就会高，否则老是猜错了，性能就很差。

Image by Mecanismo, from Wikimedia Commons:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Entroncamento_do_Transpraia.JPG

我们的if-else 就像这个铁路分叉一样，下面红箭头所指的就是搬道器。

那么，我们的搬道器是怎么预判的呢？就是使用过去的历史数据，如果历史数据有90%以上的走左边，那么就走左边。所以，我们排好序的数据就更容易猜得对。

T = 走分支（条件表达式为true）
N = 不走分支(条件表达式为false)

data[] = 0, 1, 2, 3, 4, ... 126, 127, 128, 129, 130, ... 250, 251, 252, ...
branch = N  N  N  N  N  ...   N    N    T    T    T  ...   T    T    T  ...

= NNNNNNNNNNNN ... NNNNNNNTTTTTTTTT ... TTTTTTTTTT  (easy to predict)

data[] = 226, 185, 125, 158, 198, 144, 217, 79, 202, 118,  14, 150, 177, 182, 133, ...
branch =   T,   T,   N,   T,   T,   T,   T,  N,   T,   N,   N,   T,   T,   T,   N  ...

= TTNTTTTNTNNTTTN ...   (completely random - hard to predict)

从上面我们可以看到，排好序的数据更容易预测分支。

对此，那我们怎么办？我们需要在这种循环中除去if-else语句。比如：

我们把条件语句：

if (data[j] >= 128)
sum += data[j];

变成：

int t = (data[j] - 128) >> 31;
sum += ~t & data[j];

“没有分叉”的性能基本上和“排好序有分支”一个样，无论是C/C++，还是Java。

注：在GCC下，如果你使用 -O3 or -ftree-vectorize 编译参数，GCC会帮你优化分叉语句为无分叉语句。VC++2010没有这个功能。

最后，推荐大家一个网站——Google Speed，网站上的有一些教程告诉你如何写出更快的Web程序。

（全文完）

Basics of Compiler Design
http://www.diku.dk/hjemmesider/ansatte/torbenm/Basics/

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