C++异常的成本和setjmp/longjmp

Question

我编写了一个测试来测量带有线程的C++异常的成本.

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <thread>

static const int N = 100000;

static void doSomething(int& n)
{
    --n;
    throw 1;
}

static void throwManyManyTimes()
{
    int n = N;
    while (n)
    {
        try
        {
            doSomething(n);
        }
        catch (int n)
        {
            switch (n)
            {
            case 1:
                continue;
            default:
                std::cout << "error" << std::endl;
                std::exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }
    }
}

int main(void)
{
    int nCPUs = std::thread::hardware_concurrency();
    std::vector<std::thread> threads(nCPUs);
    for (int i = 0; i < nCPUs; ++i)
    {
        threads[i] = std::thread(throwManyManyTimes);
    }
    for (int i = 0; i < nCPUs; ++i)
    {
        threads[i].join();
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

这是我最初为了好玩而编写的C版本.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <setjmp.h>
#include <glib.h>

#define N 100000

static GPrivate jumpBuffer;

static void doSomething(volatile int *pn)
{
    jmp_buf *pjb = g_private_get(&jumpBuffer);

    --*pn;
    longjmp(*pjb, 1);
}

static void *throwManyManyTimes(void *p)
{
    jmp_buf jb;
    volatile int n = N;

    (void)p;
    g_private_set(&jumpBuffer, &jb);
    while (n)
    {
        switch (setjmp(jb))
        {
        case 0:
            doSomething(&n);
        case 1:
            continue;
        default:
            printf("error\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    return NULL;
}

int main(void)
{
    int nCPUs = g_get_num_processors();
    GThread *threads[nCPUs];
    int i;

    for (i = 0; i < nCPUs; ++i)
    {
        threads[i] = g_thread_new(NULL, throwManyManyTimes, NULL);
    }
    for (i = 0; i < nCPUs; ++i)
    {
        g_thread_join(threads[i]);
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

---

与C版本相比,C++版本运行速度非常慢.

$ g++ -O3 -g -std=c++11 test.cpp -o cpp-test -pthread
$ gcc -O3 -g -std=c89 test.c -o c-test `pkg-config glib-2.0 --cflags --libs`
$ time ./cpp-test

real    0m1.089s
user    0m2.345s
sys     0m1.637s
$ time ./c-test

real    0m0.024s
user    0m0.067s
sys     0m0.000s

所以我运行了callgrind探查器.

因为cpp-test,__cxz_throw被称为正好400,000次,自费为8,000,032.

因为c-test,__longjmp_chk被称为正好400,000次,自费为5,600,000.

整个成本cpp-test是4,048,441,756.

整个成本c-test是60,417,722.

---

我想的不仅仅是保存跳转点的状态,以后再用C++异常完成.我无法测试更大,N因为callgrind探查器将永远运行C++测试.

在这个例子中,C++异常所涉及的额外成本是多少,使得它比setjmp/ longjmppair 慢很多倍？

Answer 1

这是设计的.

预计C++异常本质上是特殊的,因此进行了优化.当没有发生异常时,程序被编译为最有效的.

您可以通过注释测试中的异常来验证这一点.

在C++中:

    //throw 1;

$ g++ -O3 -g -std=c++11 test.cpp -o cpp-test -pthread

$ time ./cpp-test

real    0m0.003s
user    0m0.004s
sys     0m0.000s

在C:

    /*longjmp(*pjb, 1);*/

$ gcc -O3 -g -std=c89 test.c -o c-test `pkg-config glib-2.0 --cflags --libs`

$ time ./c-test

real    0m0.008s
user    0m0.012s
sys     0m0.004s

C++异常所涉及的额外成本是多少,使得它比setjmp/longjmp对慢很多倍,至少在这个例子中？

g ++实现了零成本模型异常,当没有抛出异常时,它们没有有效的开销*.生成机器代码就好像没有try/ catch块一样.

这种零开销的代价是,当抛出异常时必须在程序计数器上执行表查找,以确定跳转到适当的代码以执行堆栈展开.这将整个try/ catch块实现放在执行代码的代码中throw.

您的额外费用是查表.

_{*可能会出现一些小的时序伏都教,因为PC查找表的存在可能会影响内存布局,这可能会影响CPU缓存未命中.}