面试题：C++异常处理与性能

异常抛出和捕获过程中导致性能开销的原因

栈展开（Stack Unwinding）：当异常被抛出时，程序需要从抛出点开始反向遍历调用栈，释放所有局部对象（自动变量），这个过程称为栈展开。这涉及到调用每个局部对象的析构函数，开销较大。例如：

void func1() {
    std::vector<int> v(1000000);
    throw std::runtime_error("Exception in func1");
}
void func2() {
    func1();
}
int main() {
    try {
        func2();
    } catch(const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

在上述代码中，func1 抛出异常后，v 的析构函数会在栈展开过程中被调用，释放内存。若 v 很大，这个过程会消耗较多时间。 2. 异常对象的创建和拷贝：抛出异常时，会创建异常对象，并且在栈展开过程中，异常对象可能会被拷贝多次。例如，从一个函数抛出异常到外层 try - catch 块捕获，异常对象可能会经过多次拷贝构造。

class MyException {
public:
    std::string message;
    MyException(const std::string& msg) : message(msg) {}
    MyException(const MyException& other) : message(other.message) {
        // 这里模拟拷贝开销
        std::cout << "Copying MyException" << std::endl;
    }
};
void func() {
    throw MyException("Custom exception");
}
int main() {
    try {
        func();
    } catch(const MyException& e) {
        std::cerr << e.message << std::endl;
    }
    return 0;
}

在这个例子中，func 抛出 MyException 对象时，会进行拷贝构造。 3. 运行时类型信息（RTTI）：C++ 的异常处理机制依赖 RTTI 来确定捕获的异常类型是否匹配。获取和使用 RTTI 信息也会带来一定的性能开销。例如，在复杂的继承体系下，dynamic_cast 等依赖 RTTI 的操作会消耗时间，异常处理同样需要这种机制来匹配异常类型。

在性能敏感代码中优化异常相关性能的方法

减少异常抛出频率：在性能敏感的代码段，尽量避免抛出异常。例如，在函数入口处进行参数合法性检查，提前返回错误代码而不是抛出异常。

int divide(int a, int b) {
    if(b == 0) {
        return -1; // 返回错误代码
    }
    return a / b;
}

使用 noexcept 修饰符：如果确定函数不会抛出异常，可以使用 noexcept 修饰符。编译器可以针对这种函数进行优化，避免生成与异常处理相关的代码。

void swap(int& a, int& b) noexcept {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

异常对象优化：对于异常对象，尽量减少其成员变量，降低拷贝开销。如果可能，使用移动语义而不是拷贝语义。可以通过在异常类中提供移动构造函数来实现。

class MyException {
public:
    std::string message;
    MyException(const std::string& msg) : message(msg) {}
    MyException(MyException&& other) noexcept : message(std::move(other.message)) {
        // 移动构造函数，减少开销
    }
};

使用特定的错误处理策略：在一些性能敏感场景，可以采用特定的错误处理策略，如错误码 + 日志记录。在函数返回错误码后，通过日志记录详细的错误信息，这种方式避免了异常处理的开销。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <fstream>
enum class ErrorCode {
    SUCCESS = 0,
    DIVIDE_BY_ZERO = 1
};
ErrorCode divide(int a, int b, int& result) {
    if(b == 0) {
        std::ostringstream oss;
        oss << "Divide by zero error, a: " << a << ", b: " << b;
        std::ofstream("error.log") << oss.str() << std::endl;
        return ErrorCode::DIVIDE_BY_ZERO;
    }
    result = a / b;
    return ErrorCode::SUCCESS;
}

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面试题：C++异常处理与性能

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面试题答案

异常抛出和捕获过程中导致性能开销的原因

在性能敏感代码中优化异常相关性能的方法