如何让编译器在两个实现中选择性能更优的代码路径？

我有两条代码路径，返回结果不同但都是合法的有效解决方案，没法预判哪条在当前环境下更快，希望编译器在编译时自动选它认为性能更好的那一条，运行时只执行选中的路径，目前用的是GCC、Clang和MSVC编译器。

示例代码（需要改造实现上述需求）：

int F (int i) {
    if (this is more likely to be faster in some current environment) {
        return i * i;
    } else {
        return i * 2 + 1;
    }
}

实现方案 #

GCC/Clang 下的做法 #

方法1：用__builtin_choose_expr做编译期分支选择

GCC和Clang提供的__builtin_choose_expr会在编译阶段计算条件表达式，直接生成选中分支的代码，不会有运行时判断。你可以结合编译器的优化宏、架构特性宏，让编译器基于自身策略选路径：

int F(int i) {
    // 示例：64位+O2优化时选i*i，其他情况选i*2+1
    return __builtin_choose_expr(
        __OPTIMIZE__ && (__SIZEOF_POINTER__ == 8),
        i * i,
        i * 2 + 1
    );
}

方法2：封装路径为内联函数，让编译器自动选最优实现

把两条路径写成静态内联函数，加上flatten属性强制编译器内联所有调用，此时编译器会对比两个路径的性能成本，自动保留更优的：

static inline int path_square(int i) {
    return i * i;
}

static inline int path_double_plus1(int i) {
    return i * 2 + 1;
}

__attribute__((flatten))
int F(int i) {
    return path_square(i);
}

注：必须开启-O2及以上优化级别，编译器才会做这个选择。

MSVC 下的做法 #

MSVC可以用__forceinline标记路径函数，开启/O2优化后，编译器会自动评估并选择更优的内联实现：

static __forceinline int path_square(int i) {
    return i * i;
}

static __forceinline int path_double_plus1(int i) {
    return i * 2 + 1;
}

int F(int i) {
    return path_square(i);
}

关键注意点 #

• 必须开优化：不管用哪种方法，都要开启对应编译器的优化选项（GCC/Clang -O2，MSVC /O2），否则编译器不会做路径选择。
• 确保路径合法：两条路径必须都是业务逻辑上的有效方案，避免编译器选了某条后出现逻辑错误。
• 精准引导可选架构宏：如果知道某些架构下某条路径肯定更快，可以用架构宏（如__x86_64__、__ARM__）来明确条件，进一步缩小编译器的判断范围。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mafu