什么是循环反转技术？

我正在阅读一个文档，该文档讨论了Java的即时编译器（JIT）优化技术。其中之一是“循环反转”。文件说：

您将常规while循环替换为do-while循环。而 do-while循环的中设置if条款。这种替换导致更少的两次跳跃。

循环反转如何工作以及如何优化我们的代码路径？

注意： 如果有人可以用Java代码示例进行解释，以及JIT如何将其优化为本地代码以及为什么在现代处理器中是最佳的，那将是很棒的。

while (condition) { 
  ... 
}

工作流程：

1. 检查条件；
2. 如果为假，则跳到循环外部；
3. 运行一次迭代；
4. 跳到顶部。

if (condition) do {
  ...
} while (condition);

工作流程：

1. 检查条件；
2. 如果为假，则跳出循环；
3. 运行一次迭代；
4. 检查条件；
5. 如果为true，请跳至步骤3。

比较这两者，您可以轻松地看到，如果循环中只有一个步骤，则后者可能根本不执行任何跳转，并且通常，跳转的次数将比迭代的次数少一个。前者将不得不跳回检查条件，仅当条件为假时才跳出循环。

现代流水线CPU架构上的跳转可能会非常昂贵：随着CPU在跳转之前完成检查的执行，该跳转之外的指令已经在流水线的中间。如果分支预测失败，则必须放弃所有此处理。在重新启动管道时，进一步执行被延迟。

解释上述分支预测：对于每种条件跳转，CPU都有两条指令，每条指令都包含对结果的押注。例如，您将在循环的末尾放置一条指令，说“ 如果不为零则跳转，下注为非零 ”，因为跳转必须在除最后一次迭代之外的所有迭代中进行。这样，CPU开始使用跳转目标后的指令而不是跳转指令后的指令来泵送其管道。

重要的提示

请不要不以此为如何在源代码级优化的例子。这已经完全被误导了，因为从您的问题中已经很清楚地知道，从第一种形式到第二种形式的转换是JIT编译器作为例程完全由自己完成的事情。

这样可以优化始终至少执行一次的循环。

然后，常规while循环将始终至少跳回到起点一次，并在末尾跳一次到终点。一个运行一次的简单循环的示例：

int i = 0;
while (i++ < 1) {
    //do something
}  

一个do-while在另一方面循环将跳过第一个和最后一个跳跃。这是与上述循环等效的循环，将无跳跃地运行：

int i = 0;
if (i++ < 1) {
    do {
        //do something
    } while (i++ < 1); 
}

让我们来看一下它们：

该while版本：

void foo(int n) {
    while (n < 10) {
       use(n);
       ++n;
    }
    done();
}

1. 首先，我们测试n并跳至done();条件是否为真。
2. 然后我们使用和递增n。
3. 现在我们回到条件。
4. 冲洗，重复。
5. 当条件不再成立时，我们跳至done()。

该do-while版本：

（请记住，我们实际上并没有在源代码中执行此操作（这会带来维护问题），编译器/ JIT会为我们执行此操作。）

void foo(int n) {
    if (n < 10) {
        do {
            use(n);
            ++n;
        }
        while (n < 10);
    }
    done();
}

1. 首先，我们测试n并跳至done();条件是否为真。
2. 然后我们使用和递增n。
3. 现在，我们测试条件，如果条件正确，则跳回。
4. 冲洗，重复。
5. 当条件不再成立时，我们转到（而不是跳转到）done()。

因此，例如，如果n从头开始9，我们就不会在do-while版本中完全跳过，而在while版本中，我们必须跳回到开头，进行测试，然后在发现不正确时跳回到结尾。 。

循环反转是一种性能优化技术，可提高性能，因为处理器可以用更少的指令来完成相同的结果。这应该主要改善边界条件下的性能。

该链接提供了循环反转的另一个示例。在少数将递减和比较实现为单个指令集的体系结构中，使用递减和比较操作将for循环转换为while是有意义的。

维基百科有一个很好的例子，我在这里再次解释。

 int i, a[100];
  i = 0;
  while (i < 100) {
    a[i] = 0;
    i++;
  }

将由编译器转换为

  int i, a[100];
  i = 0;
  if (i < 100) {
    do {
      a[i] = 0;
      i++;
    } while (i < 100);
  }

这如何转化为性能？ 当i的值为99时，处理器无需执行GOTO（在第一种情况下是必需的）。这样可以提高性能。