如何分析异常处理的性能开销

Question

在 C++ 中衡量异常处理开销/性能的最佳方法是什么？

请提供独立的代码示例。

我的目标是 Microsoft Visual C++ 2008 和 gcc。

我需要从以下情况获得结果：

1. 没有 try/catch 块时的开销
2. 有 try/catch 块但不抛出异常
3. 时的开销 抛出异常时的开销

Answer 1

Kevin Frei 在他的演讲中谈论异常处理性能成本“Windows 上 C++ 异常处理的成本"。 （在“摘要和结论”下，有一个列表项表示“[异常处理性能成本]并不总是可衡量的”。）

Answer 2

没有真正好的方法可以在代码中测量这一点。 您需要使用分析器。

这不会直接显示您在异常处理上花费了多少时间，但通过一些研究，您将发现哪些运行时方法处理异常（例如，对于 VC++.NET，它是 __cxx_exc[...]）。

把他们的时间加起来，你就得到了开销。 在我们的项目中，我们使用了 Intel 的 vTunes，它可以与 Visual C++ 和 gcc 配合使用。

编辑：好吧，如果您只需要一个可能有效的通用号码。 认为您有一个实际的应用程序来分析，您不能只关闭异常。

Answer 3

关于异常处理性能的另一个注意事项：简单的测试不考虑缓存。 try 代码和 catch 代码都非常小，以至于所有内容都适合指令和数据缓存。 但编译器可能会尝试将 catch 代码移至远离 try 代码的位置，这会减少正常保留在缓存中的代码量，从而提高性能。

如果将异常处理与传统的 C 样式返回值检查进行比较，则还应该考虑这种缓存效果（在讨论中通常会忽略这个问题）。

卡尔

Answer 4

答案不是取决于抛出后必须进行什么清理吗？ 如果引发异常，导致整个对象负载超出堆栈范围，那么这将增加开销。

换句话说，我不确定第三个问题是否有独立于代码细节的答案。

Answer 5

有关 g++ 如何处理异常的完整详细信息请参见此处。 它将其描述为适用于 Itanium 架构，但所使用的一般技术是相同的。 它不会告诉您确切的时间开销，但是您可以了解粗略的代码开销是多少。

Answer 6

C++ 性能技术报告草案的第 5.4 节是完全致力于异常的开销。

Answer 7

建议：抛出异常时不要太担心开销。 异常处理实现通常会使抛出速度不快而捕获速度慢。 没关系，因为这些情况都是特殊情况。

卡尔

Answer 8

这是我想出的测量代码。 您看到它有什么问题吗？

到目前为止，可在 Linux 和 Windows 上运行，使用以下编译器进行编译：

g++ exception_handling.cpp -o exception_handling [ -O2 ]

或例如 Visual C++ Express。

要获得基本情况（“从语言中完全删除异常支持”），请使用：

g++ exception_handling.cpp -o exception_handling [ -O2 ] -fno-exceptions -DNO_EXCEPTIONS

或 MSVC 中的类似设置。

此处提供了一些初步结果。 由于机器负载不同，它们可能都是做作的，但它们确实给出了一些关于相对异常处理开销的想法。 （执行摘要：当没有抛出异常时，没有或很少，当实际抛出异常时，则很大。）

#include <stdio.h>

// Timer code

#if defined(__linux__)
#include <sys/time.h>
#include <time.h>

double time()
{
    timeval tv;
    gettimeofday(&tv, 0);
    return 1.0 * tv.tv_sec + 0.000001 * tv.tv_usec;
}
#elif defined(_WIN32)
#include <windows.h>

double get_performance_frequency()
{
    unsigned _int64 frequency;
    QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER*) &frequency); // just assume it works
    return double(frequency);
}

double performance_frequency = get_performance_frequency();

double time()
{
    unsigned _int64 counter;
    QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*) &counter);
    return double(counter) / performance_frequency;
}
#else
# error time() not implemented for your platform
#endif

// How many times to repeat the whole test
const int repeats = 10;

// How many times to iterate one case
const int times = 1000000;

// Trick optimizer to not remove code
int result = 0;



// Case 1. No exception thrown nor handled.

void do_something()
{
    ++result;
}

void case1()
{
    do_something();
}



// Case 2. No exception thrown, but handler installed

#ifndef NO_EXCEPTIONS
void do_something_else()
{
    --result;
}

void case2()
{
    try
    {
        do_something();
    }
    catch (int exception)
    {
        do_something_else();
    }
}



// Case 3. Exception thrown and caught

void do_something_and_throw()
{
    throw ++result;
}

void case3()
{
    try
    {
        do_something_and_throw();
    }
    catch (int exception)
    {
        result = exception;
    }
}
#endif // !NO_EXCEPTIONS

void (*tests[])() =
{
    case1,
#ifndef NO_EXCEPTIONS
    case2,
    case3
#endif // !NO_EXCEPTIONS
};

int main()
{
#ifdef NO_EXCEPTIONS
    printf("case0\n");
#else
    printf("case1\tcase2\tcase3\n");
#endif
    for (int repeat = 0; repeat < repeats; ++repeat)
    {
        for (int test = 0; test < sizeof(tests)/sizeof(tests[0]); ++test)
        {
            double start = time();

            for (int i = 0; i < times; ++i)
                tests[test]();

            double end = time();

            printf("%f\t", (end - start) * 1000000.0 / times);
        }
        printf("\n");
    }

    return result; // optimizer is happy - we produce a result
}