深入分析 C++ 错误处理：哪种策略的性能最强？

深入分析 C++ 错误处理：哪种策略的性能最强？

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网易

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https://www.163.com/dy/article/J7SBGP3R0511FQO9.html

在C++开发中，错误处理是一个至关重要的组成部分。不同的错误处理策略不仅会影响代码的可读性和可维护性，还会对应用程序的性能产生重大影响。本文通过基准测试，深入分析了各种错误处理技术在性能上的差异，帮助开发者在实际应用中选择最合适的错误处理方法。

C++ 错误处理实验设置

为了准确评估不同错误处理策略的性能，作者使用了Celero C++微基准测试库。测试涵盖了以下几种常见的错误处理方法：

• 使用返回true/false表示成功/失败（Baseline）
• 使用错误代码（Error Code）返回值
• 使用std::expected
• 使用std::optional
• 使用std::variant
• 使用Callback
• 使用std::exception

具体的基准测试代码可以在GitHub仓库中查看。

错误处理实验结果

以下是基准测试的原始输出结果：

为了便于理解，这里总结了这些技术相对性能的精简版本：

具体性能数据如下：

• Baseline（基线）：返回true/false是最快速的方法，平均每次迭代耗时0.00324微秒。
• std::expected：比基线慢约2.18倍，平均每次迭代耗时0.00707微秒。
• Error Code（错误代码）：与基线性能相当，平均每次迭代耗时0.00329微秒。
• Optional：比基线慢约1.78倍，平均每次迭代耗时0.00578微秒。
• Variant：是非异常技术中最慢的，比基线慢约2.83倍，平均每次迭代耗时0.00919微秒。
• Error Callback（错误回调）：性能影响中等，比基线慢约1.32倍，平均每次迭代耗时0.00429微秒。
• Exception（异常）：性能最差，比基线慢约49,540倍，平均每次迭代耗时160.59420微秒。

详细分析和意见

1. 可读性与性能之间的权衡：

• std::expected和类似结构（如std::optional，std::variant）虽然提供了更好的可读性和可维护性，但带来了相应的性能成本。
• 建议在需要高性能的场景中使用简单错误处理方法，在其他场景中使用现代C++特性以提高代码质量。

2. 不同情况下的错误处理策略：

• 高性能系统应优先选择开销最小的错误处理技术，如返回代码或错误回调。
• 现代C++应用程序可以使用std::expected和std::optional来提升代码表达能力。

3. 异常的影响：

• 异常处理的开销巨大，主要原因是堆栈展开过程。建议将其用于处理罕见或意外错误。

4. 基准环境和条件：

• 基准测试结果可能受运行环境影响，需要根据具体应用进行验证。

5. 内存使用注意事项：

• 大多数错误处理技术的内存使用情况相似，选择时主要考虑性能影响。

6. 可组合性和集成性：

• std::expected和std::optional与其他现代C++特性集成良好，有助于简化复杂错误传播场景。

关于 C++ 错误处理的建议

根据基准测试结果，建议如下：

• 性能关键型应用：使用简单的错误处理方法，如返回代码或错误回调。
• 现代、可维护的代码：使用std::expected或std::optional以提高代码清晰度和可维护性。
• 异常处理：保留给意外或不常发生的错误情况。

这些C++错误处理基准测试强调了根据应用程序的性能需求选择正确错误处理技术的重要性。尽管std::expected和其他现代C++特性提供了更好的可读性和可维护性，但它们对性能的影响也不容忽视，尤其是在对性能要求极高的应用程序中。