C++返回值与异常性能比较

Question

我曾经阅读过一篇文章，说现代英特尔处理器具有实现异常的低级硬件，并且大多数编译器都利用它，这样异常比使用变量返回结果状态更快。

这是真的吗？就返回状态/响应状态而言，异常是否比变量更快？在Stack Overflow上阅读有关该主题的内容似乎与此相矛盾。

谢谢。

- Anycorn

Answer 1

请注意，“异常处理程序”一词存在歧义。我认为您会发现，当硬件领域讨论异常时，指的是以下内容：

1. 硬件中断，也称为信号，其处理程序有时被称为异常处理程序（请参见http://pages.cs.wisc.edu/~smoler/x86text/lect.notes/interrupts.html）。
2. 机器检查异常，如果硬件出现问题，则会停止计算机的运行（请参见http://en.wikipedia.org/wiki/Machine_Check_Exception）。

这两者都与 C++ 的异常处理设施无关。

作为反例，我至少有一个轶事数据点表明，异常比返回值慢得多：那是在英特尔硬件上使用 gcc 2.95 和非常大的代码集以及非常大的异常表构建的，该异常表在第一次抛出异常时被构建。随后的异常很快，但通常情况下已经造成了损害。诚然，gcc 2.95相当古老，但足以警告您不要对C ++异常处理的速度做出概括，即使是在英特尔硬件上也是如此。

- Owen S.

Answer 2

我不知道你在哪里看到这个信息，但肯定是错误的。没有硬件设计师会让非常规情况，即定义上不常见的情况比正常情况运行得更快。此外，需要注意的是，根据TIOBE的数据，C语言作为最流行的系统语言之一，甚至不支持异常处理。对于处理某一种语言的异常处理的优化，其实现在编译器中也没有标准化，因此极其不可能处理器会被针对一个语言的异常处理进行优化。

即使异常确实更快，你也不应该在其意图以外的地方使用它们，否则会让全世界的其他程序员感到困惑。

- rlbond

Answer 3

不会有比将变量放入寄存器更快的方法。即使有显式的硬件支持，异常仍然需要像访问内存这样的操作。

C ++异常大部分无法以这种方式实现，因为C ++要求堆栈被展开并且对象被销毁。

- Billy ONeal

Answer 4

这个答案在技术上是正确的，但极易误导。

问题的核心是异常情况是例外情况。它们通常不会发生。但返回错误代码时并非如此。这总是发生，即使没有错误。在这种情况下，函数仍然必须返回0、true、-1等。

现在这意味着CPU和编译器可以专门优化通过异常失败的函数。但重要的是要意识到他们优化了什么，那就是非故障、非异常的情况——以牺牲异常情况为代价。

一旦我们认识到这一点，我们就可以看看编译器和CPU如何优化这样的情况。一个常见的方法是将异常代码与正常代码分开。结果，该代码通常不会出现在CPU缓存中，因为结果可能包含更有用的代码。事实上，异常代码甚至可能根本没有出现在RAM中，而是留在磁盘上。

另一个支持机制是CPU分支预测器。它会记住导致异常代码的分支通常不会被采取，因此预测下一次它们也不会被采取。编译器甚至可以将其作为提示放入其中。然而，这个提示功能在Intel Pentium 4之后被放弃了；现代CPU足够好地预测分支了。

- MSalters

Answer 5

即使它们更快，你也不应该将它们用于除了异常情况以外的任何事情。如果你误用它们，会让你的程序非常难以调试。在gdb中，你可以执行'catch throw'，轻松找出你的程序出错并抛出异常的位置，但如果你将异常作为常规处理的一部分抛出，则不能这样做。

- rettops

Answer 6

你的问题有点不清楚，因为你所说的“实现”异常涵盖了三个方面：

• 进入try块。这个操作可能没有成本，但往往会使throw更加昂贵。在SO上有一个更具体的问题。
• 执行throw。在SO上有一个更具体的问题。
• 展开堆栈以从throw到达其catch，并将错误处理代码（在catch中）加载到CPU缓存中。你应该忽略这个成本，因为如果使用状态码而不是异常，你必须支付这个成本。

- Raedwald

Answer 7

这是一篇关于编程的博客文章，其中有人进行了一些实际基准测试：https://pspdfkit.com/blog/2020/performance-overhead-of-exceptions-in-cpp/

简而言之，throw/catch机制比返回值慢大约一个数量级，因此如果您关心性能，应该只在特殊情况下使用它。

- Victor Mataré