noexcept 会提高性能吗？

Question

noexcept 函数说明符是否旨在提高性能，因为生成的对象中可能没有记录异常的代码，因此应尽可能将其添加到函数声明和定义中？我首先想到了可调用对象的包装器，noexcept 可能会有所不同，尽管检查表达式可能会“膨胀”源代码。值得吗？

Answer 1

从理论上讲，noexcept 会提高性能。但另一方面，它也可能会导致一些问题。

在大多数情况下，不应指定，因为专业人士太少而无法考虑，并且可能会使您的代码升级变得痛苦。 This post，Andrzej写的，详细介绍了原因。

如果太长，请采纳我从中得出的以下建议：

1. 用noexcept 注释函数如果
   • 他们已经用 throw() 注释了，
   • 或者他们是很好的候选人（在帖子中列出）并且永远不会投掷，
   • 或者它们是移动构造函数、移动赋值，其noexcept 注释无法被编译器正确推断，并且它们的实例应该被放入某个 STL 容器中。
2. 如果不使用noexcept 注释函数
   • 您真的很担心性能下降，
   • 或关于拨打std::terminate的风险，
   • 或者您只是不确定新功能，
   • 或者您怀疑是否应该将您的函数设为noexcept。

Answer 2

顶级编译器生成的代码已经优化，很像不能抛出的代码，然后发生异常的情况由异常处理机制通过查看元数据发现的外线代码处理。有关功能的数据。不过，我认为在已知不需要时省略它对代码大小有一些好处。

在某些情况下，nothrow 规范确实允许某些特定的优化：

int main() {
    int i = 0;
    try {
        ++i;
        thing_that_cannot_throw();
        ++i;
        thing_that_can_throw();
        ++i;
    } catch (...) {}
    std::cout << i << "\n";
}

理论上，这里的第二个 ++i 可以在调用 thing_that_cannot_throw 之前重新排序（而 i 刚刚初始化为 2）。但是，是否在实践中是另一回事，因为在调试器或函数调用上方的堆栈中保证变量状态的实现会希望i 在该调用期间具有值1，即使它是任何标准方法都无法观察到的局部变量。

我怀疑 nothrow 保证对程序员比对编译器更有价值。如果您正在编写提供强异常保证的代码，那么通常您会执行某些关键操作，您需要提供 nothrow 保证（交换、移动和析构函数是常见的候选者）。

Answer 3

我偶然发现了一个“真实世界”示例，其中 noexcept 有所作为。我想在这里分享它，因为它可能有助于其他人形成意见。

首先介绍一下背景： 标准库容器尝试“异常安全”。这意味着在引发（并捕获）异常后，它们会为您提供有关容器状态的某些保证。一个很好的例子是 std::vector::emplace_back。如果由于某种原因插入失败， emplace_back 保证向量看起来没有改变。请参阅emplace_back 上的cppreference。 然而，当向量需要重新定位以响应 emplace 时，这会变得很有趣。重新定位预先存在的向量项的（希望）最快的方法是将move它们到新的扩大缓冲区。不幸的是，move-construction 可能引发异常，因此如果值类型的 move-ctor 不是异常安全的，emplace_back 需要使用复制操作。但是，由于可以在编译时探测其move-noexept'ness 的类型，std::vector 仍将采用更快的方法，如果这证明是合法的。

我将以下谷歌基准放在一起以在本地进行测量：

#include "benchmark/benchmark.h"

#include <vector>

// This type really benefits from being moved instead of being copied
struct SlowCopy {
  SlowCopy(const size_t theSize) {
    for (int i = 0; i < theSize; ++i)
      itsData.emplace_back(i);
  }
  SlowCopy(const SlowCopy &) = default;
  SlowCopy(SlowCopy &&) noexcept = default;

  std::vector<int> itsData;
};

// The template parameter specifies whether the move constructor is noexcept or not
template<bool YesNo>
struct MovableNoexcept {
  MovableNoexcept(const size_t theSize) : itsData{theSize} {}
  MovableNoexcept(const MovableNoexcept &) = default;
  MovableNoexcept(MovableNoexcept &&) noexcept(YesNo) = default;
  MovableNoexcept& operator=(const MovableNoexcept &)  = default;
  MovableNoexcept& operator=(MovableNoexcept &&) noexcept(false) = default;
  SlowCopy itsData;
};

// This benchmark takes 2 arguments:
// 1. How many items do we push into a vector
// 2. How big are the items that are in the vector
template<bool IsNoexcept>
static void BM_MoveRelocateNoexcept(benchmark::State& state) {
  std::vector<MovableNoexcept<IsNoexcept>> aExcepts;
  for (auto _ : state) {
    for (int i = 0; i < state.range(0); ++i)
      aExcepts.emplace_back(state.range(1));
    benchmark::ClobberMemory();
  }
}

// Test 1k elements @ 64*sizeof(int) kb
BENCHMARK_TEMPLATE(BM_MoveRelocateNoexcept, false)->Args({1000, 1 << 16})->Repetitions(20);
BENCHMARK_TEMPLATE(BM_MoveRelocateNoexcept, true)->Args({1000, 1 << 16})->Repetitions(20);

// Test 100 elements @ 512*sizeof(int) kb
BENCHMARK_TEMPLATE(BM_MoveRelocateNoexcept, false)->Args({100, 1 << 19})->Repetitions(20);
BENCHMARK_TEMPLATE(BM_MoveRelocateNoexcept, true)->Args({100, 1 << 19})->Repetitions(20);

// Run the benchmark
BENCHMARK_MAIN();

在我的本地系统上，我在运行基准测试时测量了以下结果：

Running ./noexcept_bench
Run on (8 X 4400 MHz CPU s)
CPU Caches:
  L1 Data 32 KiB (x4)
  L1 Instruction 32 KiB (x4)
  L2 Unified 256 KiB (x4)
  L3 Unified 8192 KiB (x1)
Load Average: 0.58, 0.70, 0.69
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Benchmark                                                            Time             CPU   Iterations
------------------------------------------------------------------------------------------------------
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/1000/65536/repeats:20_mean    157793886 ns    157556651 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/1000/65536/repeats:20_median  157752118 ns    157511285 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/1000/65536/repeats:20_stddev     294024 ns       292420 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/1000/65536/repeats:20_mean     119320642 ns    119235176 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/1000/65536/repeats:20_median   119256119 ns    119187012 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/1000/65536/repeats:20_stddev      190923 ns       180183 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/100/524288/repeats:20_mean    127031806 ns    126834505 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/100/524288/repeats:20_median  126939978 ns    126741072 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<false>/100/524288/repeats:20_stddev     381682 ns       380187 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/100/524288/repeats:20_mean      95281309 ns     95175234 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/100/524288/repeats:20_median    95267762 ns     95152072 ns           20
BM_MoveRelocateNoexcept<true>/100/524288/repeats:20_stddev      176838 ns       176834 ns           20

查看这些结果，可以使用 noexcept-move 的测试在两个基准测试中相对于它们的 non-noexcept-movable 对应物而言加速了 ~1.3。