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c++ - C++ 最快 `finally`

coder 2024-02-08 原文

<分区>

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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