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c++ - C++ 最快 `finally`

转载 作者:塔克拉玛干 更新时间:2023-11-03 00:03:48 28 4
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到目前为止(不幸的是)C++ 不支持 try 语句的 finally 子句。这引发了对如何释放资源的猜测。在网上研究了这个问题后,虽然我找到了一些解决方案,但我并没有弄清楚它们的性能(如果性能不是那么重要,我会使用Java)。所以我必须进行基准测试。

选项是:

  1. CodeProject 提出的基于仿函数的 finally 类。它很强大,但速度很慢。反汇编表明,外部函数局部变量的捕获效率非常低:一个一个地插入堆栈,而不是仅将帧指针传递给内部 (lambda) 函数。

  2. RAII:堆栈上的手动清洁器对象:缺点是手动输入并针对每个使用的地方进行定制。另一个缺点是需要将资源释放所需的所有变量复制给它。

  3. MSVC++ 特定的 __try / __finally statement 。缺点就是明显不便携。

我创建了这个小型基准来比较这些方法的运行时性能:

#include <chrono>
#include <functional>
#include <cstdio>

class Finally1 {
std::function<void(void)> _functor;
public:
Finally1(const std::function<void(void)> &functor) : _functor(functor) {}
~Finally1() {
_functor();
}
};

void BenchmarkFunctor() {
volatile int64_t var = 0;
const int64_t nIterations = 234567890;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int64_t i = 0; i < nIterations; i++) {
Finally1 doFinally([&] {
var++;
});
}
auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
double nSec = 1e-6 * std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
printf("Functor: %.3lf Ops/sec, var=%lld\n", nIterations / nSec, (long long)var);
}

void BenchmarkObject() {
volatile int64_t var = 0;
const int64_t nIterations = 234567890;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int64_t i = 0; i < nIterations; i++) {
class Cleaner {
volatile int64_t* _pVar;
public:
Cleaner(volatile int64_t& var) : _pVar(&var) { }
~Cleaner() { (*_pVar)++; }
} c(var);
}
auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
double nSec = 1e-6 * std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
printf("Object: %.3lf Ops/sec, var=%lld\n", nIterations / nSec, (long long)var);
}

void BenchmarkMSVCpp() {
volatile int64_t var = 0;
const int64_t nIterations = 234567890;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int64_t i = 0; i < nIterations; i++) {
__try {
}
__finally {
var++;
}
}
auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
double nSec = 1e-6 * std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
printf("__finally: %.3lf Ops/sec, var=%lld\n", nIterations / nSec, (long long)var);
}

template <typename Func> class Finally4 {
Func f;
public:
Finally4(Func&& func) : f(std::forward<Func>(func)) {}
~Finally4() { f(); }
};

template <typename F> Finally4<F> MakeFinally4(F&& f) {
return Finally4<F>(std::forward<F>(f));
}

void BenchmarkTemplate() {
volatile int64_t var = 0;
const int64_t nIterations = 234567890;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int64_t i = 0; i < nIterations; i++) {
auto doFinally = MakeFinally4([&] { var++; });
//Finally4 doFinally{ [&] { var++; } };
}
auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
double nSec = 1e-6 * std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
printf("Template: %.3lf Ops/sec, var=%lld\n", nIterations / nSec, (long long)var);
}

void BenchmarkEmpty() {
volatile int64_t var = 0;
const int64_t nIterations = 234567890;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int64_t i = 0; i < nIterations; i++) {
var++;
}
auto elapsed = std::chrono::high_resolution_clock::now() - start;
double nSec = 1e-6 * std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(elapsed).count();
printf("Empty: %.3lf Ops/sec, var=%lld\n", nIterations / nSec, (long long)var);
}

int __cdecl main() {
BenchmarkFunctor();
BenchmarkObject();
BenchmarkMSVCpp();
BenchmarkTemplate();
BenchmarkEmpty();
return 0;
}

我的 Ryzen 1800X @3.9Ghz 和 DDR4 @2.6Ghz CL13 的结果是:

Functor: 175148825.946 Ops/sec, var=234567890
Object: 553446751.181 Ops/sec, var=234567890
__finally: 553832236.221 Ops/sec, var=234567890
Template: 554964345.876 Ops/sec, var=234567890
Empty: 554468478.903 Ops/sec, var=234567890

显然,除了 functor-base (#1) 之外的所有选项都和空循环一样快。

那么是否有一个快速而强大的 C++ 替代方案来替代 finally,它是可移植的并且需要从外部函数的堆栈中进行最少的复制?

更新:我已经对@Jarod42 解决方案进行了基准测试,所以这里的问题是更新的代码和输出。尽管正如@Sopel 所提到的,如果不执行复制省略,它可能会中断。

更新 2:澄清我所要求的是一种在 C++ 中执行代码块的方便快捷的方法,即使抛出异常也是如此。由于问题中提到的原因,有些方法很慢或不方便。

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