首頁(yè) 猿問 C ++中的異常如何工作（在幕后）

C ++中的異常如何工作（在幕后）

C++ 性能測(cè)試

繁星coding 2019-12-09 09:47:03

我一直看到人們說例外情況很慢，但我從未見過任何證據(jù)。因此，我將詢問異常在后臺(tái)如何工作，而不是詢問它們是否存在，因此我可以決定何時(shí)使用它們以及它們是否緩慢。據(jù)我所知，異常與執(zhí)行一堆返回是相同的事情，但是它還會(huì)檢查何時(shí)需要停止執(zhí)行返回。如何檢查何時(shí)停止？我正在猜測(cè)，并說有第二個(gè)堆棧保存異常類型，然后堆棧位置返回直到到達(dá)那里。我還猜測(cè)唯一一次堆棧接觸是在擲球和每次嘗試/接球。AFAICT使用返回代碼實(shí)現(xiàn)類似行為將花費(fèi)相同的時(shí)間。但這只是一個(gè)猜測(cè)，所以我想知道。異常如何真正起作用？

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3 回答

慕的地6264312

TA貢獻(xiàn)1817條經(jīng)驗(yàn) 獲得超6個(gè)贊

不用猜測(cè)，我決定實(shí)際上是用一小段C ++代碼和稍舊的Linux安裝程序來查看生成的代碼。

class MyException

{

public:

MyException() { }

~MyException() { }

};

void my_throwing_function(bool throwit)

{

if (throwit)

throw MyException();

}

void another_function();

void log(unsigned count);

void my_catching_function()

{

log(0);

try

{

log(1);

another_function();

log(2);

}

catch (const MyException& e)

{

log(3);

}

log(4);

}

我使用進(jìn)行了編譯g++ -m32 -W -Wall -O3 -save-temps -c，然后查看了生成的程序集文件。

.file "foo.cpp"

.section .text._ZN11MyExceptionD1Ev,"axG",@progbits,_ZN11MyExceptionD1Ev,comdat

.align 2

.p2align 4,,15

.weak _ZN11MyExceptionD1Ev

.type _ZN11MyExceptionD1Ev, @function

_ZN11MyExceptionD1Ev:

.LFB7:

pushl %ebp

.LCFI0:

movl %esp, %ebp

.LCFI1:

popl %ebp

ret

.LFE7:

.size _ZN11MyExceptionD1Ev, .-_ZN11MyExceptionD1Ev

_ZN11MyExceptionD1Ev是MyException::~MyException()，因此編譯器決定需要析構(gòu)函數(shù)的非內(nèi)聯(lián)副本。

.globl __gxx_personality_v0

.globl _Unwind_Resume

.text

.align 2

.p2align 4,,15

.globl _Z20my_catching_functionv

.type _Z20my_catching_functionv, @function

_Z20my_catching_functionv:

.LFB9:

pushl %ebp

.LCFI2:

movl %esp, %ebp

.LCFI3:

pushl %ebx

.LCFI4:

subl $20, %esp

.LCFI5:

movl $0, (%esp)

.LEHB0:

call _Z3logj

.LEHE0:

movl $1, (%esp)

.LEHB1:

call _Z3logj

call _Z16another_functionv

movl $2, (%esp)

call _Z3logj

.LEHE1:

.L5:

movl $4, (%esp)

.LEHB2:

call _Z3logj

addl $20, %esp

popl %ebx

popl %ebp

ret

.L12:

subl $1, %edx

movl %eax, %ebx

je .L16

.L14:

movl %ebx, (%esp)

call _Unwind_Resume

.LEHE2:

.L16:

.L6:

movl %eax, (%esp)

call __cxa_begin_catch

movl $3, (%esp)

.LEHB3:

call _Z3logj

.LEHE3:

call __cxa_end_catch

.p2align 4,,3

jmp .L5

.L11:

.L8:

movl %eax, %ebx

.p2align 4,,6

call __cxa_end_catch

.p2align 4,,6

jmp .L14

.LFE9:

.size _Z20my_catching_functionv, .-_Z20my_catching_functionv

.section .gcc_except_table,"a",@progbits

.align 4

.LLSDA9:

.byte 0xff

.byte 0x0

.uleb128 .LLSDATT9-.LLSDATTD9

.LLSDATTD9:

.byte 0x1

.uleb128 .LLSDACSE9-.LLSDACSB9

.LLSDACSB9:

.uleb128 .LEHB0-.LFB9

.uleb128 .LEHE0-.LEHB0

.uleb128 0x0

.uleb128 .LEHB1-.LFB9

.uleb128 .LEHE1-.LEHB1

.uleb128 .L12-.LFB9

.uleb128 0x1

.uleb128 .LEHB2-.LFB9

.uleb128 .LEHE2-.LEHB2

.uleb128 0x0

.uleb128 .LEHB3-.LFB9

.uleb128 .LEHE3-.LEHB3

.uleb128 .L11-.LFB9

.uleb128 0x0

.LLSDACSE9:

.byte 0x1

.byte 0x0

.align 4

.long _ZTI11MyException

.LLSDATT9:

驚喜！正常代碼路徑上根本沒有多余的指令。相反，編譯器生成了額外的離線修正代碼塊，這些代碼塊通過函數(shù)末尾的表引用（實(shí)際上放在可執(zhí)行文件的單獨(dú)部分中）。所有工作都是由標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)在后臺(tái)基于這些表（_ZTI11MyExceptionis typeinfo for MyException）完成的。

好吧，這實(shí)際上對(duì)我來說并不令人驚訝，我已經(jīng)知道該編譯器是如何做到的。繼續(xù)匯編輸出：

.text

.align 2

.p2align 4,,15

.globl _Z20my_throwing_functionb

.type _Z20my_throwing_functionb, @function

_Z20my_throwing_functionb:

.LFB8:

pushl %ebp

.LCFI6:

movl %esp, %ebp

.LCFI7:

subl $24, %esp

.LCFI8:

cmpb $0, 8(%ebp)

jne .L21

leave

ret

.L21:

movl $1, (%esp)

call __cxa_allocate_exception

movl $_ZN11MyExceptionD1Ev, 8(%esp)

movl $_ZTI11MyException, 4(%esp)

movl %eax, (%esp)

call __cxa_throw

.LFE8:

.size _Z20my_throwing_functionb, .-_Z20my_throwing_functionb

在這里，我們看到了引發(fā)異常的代碼。盡管沒有僅僅因?yàn)榭赡芤l(fā)異常而產(chǎn)生了額外的開銷，但是在實(shí)際引發(fā)和捕獲異常方面顯然存在很多開銷。其中大多數(shù)隱藏在中__cxa_throw，該必須：

在異常表的幫助下遍歷堆棧，直到找到該異常的處理程序?yàn)橹埂?/p>

展開堆棧，直到到達(dá)該處理程序?yàn)橹埂?/p>

實(shí)際調(diào)用處理程序。

將其與僅返回值的成本進(jìn)行比較，您會(huì)看到為什么僅將異常用于特殊收益的原因。

最后，匯編文件的其余部分：

.weak _ZTI11MyException

.section .rodata._ZTI11MyException,"aG",@progbits,_ZTI11MyException,comdat

.align 4

.type _ZTI11MyException, @object

.size _ZTI11MyException, 8

_ZTI11MyException:

.long _ZTVN10__cxxabiv117__class_type_infoE+8

.long _ZTS11MyException

.weak _ZTS11MyException

.section .rodata._ZTS11MyException,"aG",@progbits,_ZTS11MyException,comdat

.type _ZTS11MyException, @object

.size _ZTS11MyException, 14

_ZTS11MyException:

.string "11MyException"

typeinfo數(shù)據(jù)。

.section .eh_frame,"a",@progbits

.Lframe1:

.long .LECIE1-.LSCIE1

.LSCIE1:

.long 0x0

.byte 0x1

.string "zPL"

.uleb128 0x1

.sleb128 -4

.byte 0x8

.uleb128 0x6

.byte 0x0

.long __gxx_personality_v0

.byte 0x0

.byte 0xc

.uleb128 0x4

.byte 0x88

.uleb128 0x1

.align 4

.LECIE1:

.LSFDE3:

.long .LEFDE3-.LASFDE3

.LASFDE3:

.long .LASFDE3-.Lframe1

.long .LFB9

.long .LFE9-.LFB9

.uleb128 0x4

.long .LLSDA9

.byte 0x4

.long .LCFI2-.LFB9

.byte 0xe

.uleb128 0x8

.byte 0x85

.uleb128 0x2

.byte 0x4

.long .LCFI3-.LCFI2

.byte 0xd

.uleb128 0x5

.byte 0x4

.long .LCFI5-.LCFI3

.byte 0x83

.uleb128 0x3

.align 4

.LEFDE3:

.LSFDE5:

.long .LEFDE5-.LASFDE5

.LASFDE5:

.long .LASFDE5-.Lframe1

.long .LFB8

.long .LFE8-.LFB8

.uleb128 0x4

.long 0x0

.byte 0x4

.long .LCFI6-.LFB8

.byte 0xe

.uleb128 0x8

.byte 0x85

.uleb128 0x2

.byte 0x4

.long .LCFI7-.LCFI6

.byte 0xd

.uleb128 0x5

.align 4

.LEFDE5:

.ident "GCC: (GNU) 4.1.2 (Ubuntu 4.1.2-0ubuntu4)"

.section .note.GNU-stack,"",@progbits

甚至更多的異常處理表，以及各種額外的信息。

因此，至少對(duì)于Linux上的GCC，得出的結(jié)論是：無論是否引發(fā)異常，開銷都是額外的空間（用于處理程序和表），加上在引發(fā)異常時(shí)解析表并執(zhí)行處理程序的額外開銷。如果使用異常而不是錯(cuò)誤代碼，并且錯(cuò)誤很少見，則錯(cuò)誤速度會(huì)更快，因?yàn)槟辉傩枰M(jìn)行錯(cuò)誤測(cè)試。

反對(duì) 回復(fù) 2019-12-09

茅侃侃

TA貢獻(xiàn)1842條經(jīng)驗(yàn) 獲得超21個(gè)贊

例外是緩是在舊時(shí)代真的。
在大多數(shù)現(xiàn)代編譯器中，這不再成立。

注意：僅僅因?yàn)槲覀冇欣獠⒉灰馕吨覀円膊粫?huì)使用錯(cuò)誤代碼。如果可以在本地處理錯(cuò)誤，請(qǐng)使用錯(cuò)誤代碼。當(dāng)錯(cuò)誤需要更多上下文來更正時(shí)，請(qǐng)使用異常：我在這里雄辯地寫道：指導(dǎo)異常處理策略的原則是什么？

當(dāng)不使用任何異常時(shí)，異常處理代碼的成本實(shí)際上為零。

引發(fā)異常時(shí)，將完成一些工作。
但是您必須將其與返回錯(cuò)誤代碼并一路檢查它們以指出可以處理錯(cuò)誤的位置的開銷進(jìn)行比較。兩者都花費(fèi)更多的時(shí)間來編寫和維護(hù)。

對(duì)于新手來說也有一個(gè)陷阱：
盡管Exception對(duì)象應(yīng)該很小，但是有些人卻在其中放了很多東西。然后，您需要復(fù)制異常對(duì)象。解決方案有兩個(gè)方面：

不要把多余的東西放在例外中。
通過const引用捕獲。

在我看來，我敢打賭，帶有例外的同一代碼將比沒有例外的代碼更有效率，或者至少具有可比性（但具有檢查功能錯(cuò)誤結(jié)果的所有額外代碼）。請(qǐng)記住，您沒有免費(fèi)獲得任何東西，編譯器正在生成您應(yīng)首先編寫的用于檢查錯(cuò)誤代碼的代碼（通常，編譯器比人類更有效）。

反對(duì) 回復(fù) 2019-12-09