分支預測（Branch Prediction）是現代處理器用來提高CPU執行速度的一種手段, 其對程式的分支流程進行預測, 然後預先讀取其中一個分支的指令並解碼來減少等待譯碼器的時間.維基百科上對此的解釋是"a strategy in computer architecture design for mitigating the costs usually associated with conditional branches, particularly branches to short sections of code."

分支預測的方法有 靜態預測 和 動態預測 兩類：靜態預測方法行為比較簡單，如預測永遠不轉移、預測永遠轉移(jmp)、預測後向轉移等等，它並不根據執行時的條件和歷史資訊來進行預測，因此預測的準確性不會很高；動態預測方法則根據同一條轉移指令過去的轉移情況來預測未來的轉移情況。

由於程式中的條件分支是根據程式指令在流水線處理後的結果來執行的，所以當CPU等待指令結果時，流水線的前級電路也處於等待分支指令的空閒狀態，這樣必然出現時鐘週期的浪費。如果CPU能在前條指令結果出來之前就預測到分支是否轉移，那麼就可以提前解碼並執行相應的指令，這樣就避免了流水線的空閒等待，也就相應提高了CPU的整體執行速度。但另一方面，一旦前條指令結果出來後證明分支預測是錯誤的, 也就是產生了錯誤的分支預測，那麼就必須將已經裝入流水線執行的指令和結果全部清除，然後再裝入正確的指令重新處理，這樣就比不進行分支預測而是等待結果再執行新指令有額外的週期消耗。

因此，分支預測的錯誤並不會導致結果的錯誤，而只是導致流水線的停頓，如果能夠保持較高的預測準確率，分支預測就能提高流水線的效能, 換言之, 如果在軟體開發過程中, 能夠考慮這一特性, 減少甚至移除條件分支(值得一提的是, 條件轉移不需要預測, 因此條件轉移也遠沒有產生錯誤分支的效能代價大), 就能一定程度上提供程式的整體效率.

下面是幾種常見的優化策略:

1.避免在迴圈中巢狀條件分支. 如果可能,將分支移到外部, 使用多個子迴圈.

	do 
	{
		if (condition_1){
			//branch_1
		} else if (condition_2){
			//branch_2
		} else {
			//branch_3
		} //if
	} while (true);

	//改進版本
	if (condition_1) {
		do {
			//branch_1
		} while (true);
	} else if (condition_2) {
		do {
			//branch_2
		} while (true);
	} else {
		do {
			//branch_3
		} while (true);
	} //if
 

2.合併分支條件. 此舉在某種情況下可以大大降低產生錯誤分支預測的概率.

	if (condition_1 == 0 || condition_2 == 0 || 
		condition_3 == 0) {
		//branch
	} //if

	//改進版本:
	if ((condition_1 | condition_2 | condition_3) == 0) {
		//branch
	} //if

3.移除明顯的條件分支, 將執行概率大的條件分支移前.這一條不僅僅有助於規避錯誤分支帶來的效能懲罰, 還減少了不必要的檢測分支條件消耗的CPU時鐘週期.

儘管現代編譯器的優化技術已經十分強大(舉個例子, 如果你的產品主要執行在Intel的核心上, 那麼使用Intel的編譯器並開啟優化, 通過VTune效能器來不斷改程序序, 你的程式效率將比編譯在Any CPU時有很大的飛躍~), 但是比起程式設計師本身終歸略遜, 因此, 程式設計師或許寄希望於compiler optimization的同時, 更不妨掌握一些優化細節, 對此, 個人認為閱讀一些CPU工作原理的書籍頗有裨益~