C++20 的 [[likely]] 和 [[unlikely]] 是用于提示分支执行概率的编译器优化属性，作用于语句块，指导代码布局以提升流水线效率，需配合 profiling 在热点路径谨慎使用。

在 C++20 中，[[likely]] 和 [[unlikely]] 是标准属性（attribute），用于向编译器提示某条语句或分支**极有可能（likely）被执行**，或**极不可能（unlikely）被执行**。它们不改变程序逻辑，只影响编译器的代码生成策略——尤其是分支预测相关的优化，比如调整指令顺序、减少跳转开销、提升流水线效率等。

什么时候该用 [[likely]] 和 [[unlikely]]？

适用于那些运行时行为高度可预测、且概率偏差显著的分支场景。典型例子包括：

• 错误处理路径（如内存分配失败、文件打开失败）——绝大多数情况下不会发生 → 用 [[unlikely]]
• 热循环中的主逻辑路径（如容器未满时正常插入）→ 用 [[likely]]
• 调试/日志开关（release 模式下日志通常关闭）→ 条件为 false 的分支用 [[unlikely]]
• 边界检查通过后的主流程（如 if (ptr != nullptr) { ... } [[likely]]）

语法位置和基本写法

这两个属性只能作用于**语句（statement）**，不能修饰表达式、变量或函数声明。常见用法是紧贴在 if、else if、else、switch 的分支语句块前（注意：不是加在 if (cond) 后面，而是加在 {...} 前或 else 后）。

正确示例：

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if (ptr == nullptr) {
    throw std::bad_alloc{};  // 错误路径，极少执行
} [[unlikely]];

if (size < capacity) {
    data[size++] = value;  // 主路径，大概率执行
} [[likely]];

// 或配合 else 使用
if (x < 0) {
    handle_negative();
} [[unlikely]]
else {
    process_normal(x);  // 主路径
} [[likely]];

⚠️ 注意：[[likely]] 和 [[unlikely]] 是**作用于整个复合语句块**，不是条件本身。不能写成 if (cond) [[likely]] { ... }（语法错误）。

实际效果与注意事项

是否生效取决于编译器支持和优化级别（如 GCC/Clang 需 -O2 或更高）。主流编译器（GCC ≥10、Clang ≥11、MSVC ≥19.29）已支持，但效果因目标架构和具体代码而异。

• 它们不会强制 CPU 分支预测器行为，只指导编译器生成更利于硬件预测的代码布局（例如把 likely 分支的指令放在跳转目标的“直通路径”上）
• 滥用反而可能降低性能（如标记了实际低频路径为 [[likely]]），建议结合 profiling 数据使用
• 不可替代算法优化或数据结构改进；是微优化手段，应在热点代码中谨慎添加
• 属性不具传递性：不能写 [[likely]] if (...) {...}，也不能修饰整个 if-else 链，每个分支需单独标注

对比传统写法与优化后差异

无属性时，编译器按语法顺序生成代码，可能将冷路径指令紧邻跳转指令，造成流水线冲刷；加上 [[likely]] 后，编译器倾向于：

• 把 likely 分支的指令尽量放在条件判断之后的“落空（fall-through）”位置，减少跳转
• 对 unlikely 分支生成带 jmp 的显式跳转，把热代码保持线性
• 某些情况下触发更激进的内联或寄存器分配策略

例如，在循环中频繁检查缓冲区是否满：

// 优化前（默认无提示）
if (used == capacity) {
    grow();  // 少数情况
}
data[used++] = x;  // 主路径

// 优化后（明确提示）
if (used == capacity) {
    grow();
} [[unlikely]];
data[used++] = x;  // 编译器知道这里几乎总是执行，可优先安排

这种写法让编译器更自信地把 data[used++] = x 放在条件判断的直通路径，减少分支惩罚。