面试题：C++ 函数返回普通类型时错误处理的性能与设计权衡

Question

在一个对性能要求极高的图形渲染库中，有一个函数`computeVertexPosition`返回`glm::vec3`（一种类似普通类型的三维向量类型）来计算顶点位置，该函数接收多个复杂的变换参数。考虑到性能，传统的错误处理方式（如抛出异常）可能不合适。请设计一个错误处理机制，既要保证性能，又要能让调用者清晰地获取错误信息，同时阐述你在设计过程中对性能和错误处理完整性的权衡思路。

Answer 1

错误处理机制设计

1. 返回值扩展：修改 computeVertexPosition 函数，使其返回一个自定义结构体，例如：

struct VertexPositionResult {
    glm::vec3 position;
    bool success;
    std::string errorMessage;
};

VertexPositionResult computeVertexPosition(/* 多个复杂变换参数 */) {
    try {
        // 正常计算顶点位置的逻辑
        glm::vec3 pos = /* 实际计算 */;
        return {pos, true, ""};
    } catch(/* 捕获可能的异常类型 */) {
        return {glm::vec3(), false, "顶点位置计算错误"};
    }
}

2. 调用者处理：调用函数时，检查返回结构体中的 success 标志，并根据 errorMessage 获取详细错误信息。

VertexPositionResult result = computeVertexPosition(/* 参数 */);
if (!result.success) {
    std::cerr << "错误: " << result.errorMessage << std::endl;
    // 进行相应的错误处理
} else {
    glm::vec3 vertexPosition = result.position;
    // 继续图形渲染相关操作
}

性能和错误处理完整性的权衡思路

1. 性能方面：
   • 避免抛出异常：异常处理在很多情况下会带来性能开销，尤其是在图形渲染这种对性能要求极高的场景中。通过返回结构体的方式，避免了异常处理机制带来的栈展开等开销。
   • 简单的检查逻辑：调用者只需简单检查结构体中的布尔标志，这种操作的性能开销相对较小，不会对渲染性能造成较大影响。
2. 错误处理完整性方面：
   • 明确的错误标志：success 标志使调用者能够清晰判断计算是否成功，提供了一种简单而明确的成功/失败指示。
   • 详细的错误信息：errorMessage 字符串确保调用者在计算失败时能够获取足够详细的错误信息，方便调试和进一步的错误处理。虽然存储字符串会占用一定内存空间，但相比异常处理的开销，这种牺牲在可接受范围内，并且对于错误处理的完整性至关重要。