Wann sollte ich noexcept wirklich verwenden?

Das noexceptSchlüsselwort kann angemessen auf viele Funktionssignaturen angewendet werden, aber ich bin mir nicht sicher, wann ich es in der Praxis verwenden soll. Basierend auf dem, was ich bisher gelesen habe, noexceptscheint die Hinzufügung von Last-Minute einige wichtige Probleme zu lösen, die beim Werfen von Bewegungskonstruktoren auftreten. Ich kann jedoch immer noch keine zufriedenstellenden Antworten auf einige praktische Fragen geben, über die ich überhaupt mehr gelesen habe noexcept.

1. Es gibt viele Beispiele für Funktionen, von denen ich weiß, dass sie niemals ausgelöst werden, für die der Compiler dies jedoch nicht selbst bestimmen kann. Sollte ich noexceptin all diesen Fällen an die Funktionsdeklaration anhängen ?

   Überlegen zu müssen, ob ich noexceptnach jeder Funktionsdeklaration anhängen muss oder nicht, würde die Produktivität des Programmierers erheblich verringern (und wäre ehrlich gesagt ein Ärgernis). In welchen Situationen sollte ich bei der Verwendung vorsichtiger sein noexceptund in welchen Situationen kann ich mit dem Implizierten davonkommen noexcept(false)?

2. Wann kann ich realistisch erwarten, nach der Verwendung eine Leistungsverbesserung zu beobachten noexcept? Geben Sie insbesondere ein Beispiel für Code an, für den ein C ++ - Compiler nach dem Hinzufügen von besseren Maschinencode generieren kann noexcept.

   Persönlich ist mir wichtig noexcept, dass der Compiler mehr Freiheit hat, bestimmte Arten von Optimierungen sicher anzuwenden. Nutzen moderne Compiler diese Vorteile noexcept? Wenn nicht, kann ich erwarten, dass einige von ihnen dies in naher Zukunft tun?

Ich denke, es ist zu früh, um eine Antwort auf "Best Practices" zu geben, da nicht genügend Zeit vorhanden war, um sie in der Praxis anzuwenden. Wenn dies direkt nach dem Erscheinen nach Wurfspezifizierern gefragt würde, wären die Antworten ganz anders als jetzt.

Überlegen zu müssen, ob ich noexceptnach jeder Funktionsdeklaration anhängen muss oder nicht, würde die Produktivität des Programmierers erheblich verringern (und wäre ehrlich gesagt ein Schmerz).

Verwenden Sie es dann, wenn es offensichtlich ist, dass die Funktion niemals ausgelöst wird.

Wann kann ich realistisch erwarten, nach der Verwendung eine Leistungsverbesserung zu beobachten noexcept? [...] Persönlich ist mir wichtig noexcept, dass der Compiler mehr Freiheit hat, bestimmte Arten von Optimierungen sicher anzuwenden.

Es scheint, dass die größten Optimierungsgewinne aus Benutzeroptimierungen resultieren, nicht aus Compileroptimierungen, da die Möglichkeit besteht, diese zu überprüfen noexceptund zu überladen. Die meisten Compiler folgen einer Ausnahmebehandlungsmethode ohne Strafe, wenn Sie keine Ausnahme auslösen. Daher bezweifle ich, dass sich auf der Ebene des Maschinencodes Ihres Codes viel (oder nichts) ändern würde, obwohl Sie möglicherweise die Binärgröße durch Entfernen der verringern Umgang mit Code.

Die Verwendung noexceptin den großen vier (Konstruktoren, Zuweisungen, nicht Destruktoren, wie sie bereits sind noexcept) führt wahrscheinlich zu den besten Verbesserungen, da noexceptÜberprüfungen im Vorlagencode, z. B. in stdContainern, häufig vorkommen. Zum Beispiel std::vectorwird Ihre Klassen bewegen verwenden , wenn es markiert ist noexcept(oder der Compiler kann es anders ableiten).

Wie ich heutzutage immer wieder wiederhole: Semantik zuerst .

Hinzufügen noexcept, noexcept(true)und noexcept(false)geht es in erster Linie um Semantik. Es bedingt nur nebenbei eine Reihe möglicher Optimierungen.

Als Programmierer, der Code liest, noexceptähnelt das Vorhandensein von const: Es hilft mir, besser zu verstehen, was passieren kann oder nicht. Daher lohnt es sich, einige Zeit darüber nachzudenken, ob Sie wissen, ob die Funktion ausgelöst wird oder nicht. Zur Erinnerung kann jede Art von dynamischer Speicherzuweisung ausgelöst werden.

Okay, nun zu den möglichen Optimierungen.

Die offensichtlichsten Optimierungen werden tatsächlich in den Bibliotheken durchgeführt. C ++ 11 bietet eine Reihe von Merkmalen, mit denen Sie feststellen können, ob eine Funktion vorhanden ist noexceptoder nicht, und die Standardbibliotheksimplementierung selbst verwendet diese Merkmale, um noexceptOperationen an den von ihnen manipulierten benutzerdefinierten Objekten nach Möglichkeit zu bevorzugen . Wie Bewegungssemantik .

Der Compiler kann nur ein wenig Fett (vielleicht) von der Ausnahme rasiert Datenhandling, weil es hat die Tatsache zu berücksichtigen , dass Sie gelogen haben. Wenn eine markierte Funktion noexceptwirft, std::terminatewird aufgerufen.

Diese Semantik wurde aus zwei Gründen gewählt:

• sofort davon profitieren, noexceptauch wenn Abhängigkeiten es nicht bereits nutzen (Abwärtskompatibilität)
• Ermöglichen der Angabe noexceptbeim Aufrufen von Funktionen, die theoretisch auslösen können, aber für die angegebenen Argumente nicht erwartet werden

Dies macht tatsächlich einen (möglicherweise) großen Unterschied zum Optimierer im Compiler. Compiler haben diese Funktion tatsächlich seit Jahren über die leere Anweisung throw () nach einer Funktionsdefinition sowie über Propriety-Erweiterungen. Ich kann Ihnen versichern, dass moderne Compiler dieses Wissen nutzen, um besseren Code zu generieren.

Fast jede Optimierung im Compiler verwendet ein sogenanntes "Flussdiagramm" einer Funktion, um zu überlegen, was legal ist. Ein Flussdiagramm besteht aus sogenannten "Blöcken" der Funktion (Codebereiche mit einem einzigen Eingang und einem einzigen Ausgang) und Kanten zwischen den Blöcken, um anzugeben, wohin der Fluss springen kann. Noexcept ändert das Flussdiagramm.

Sie haben nach einem bestimmten Beispiel gefragt. Betrachten Sie diesen Code:

void foo(int x) {
    try {
        bar();
        x = 5;
        // Other stuff which doesn't modify x, but might throw
    } catch(...) {
        // Don't modify x
    }

    baz(x); // Or other statement using x
}

Das Flussdiagramm für diese Funktion unterscheidet sich, wenn bares beschriftet ist noexcept(es gibt keine Möglichkeit für die Ausführung, zwischen dem Ende barund der catch-Anweisung zu springen ). Bei der Bezeichnung als noexceptist der Compiler sicher, dass der Wert von x während der baz-Funktion 5 ist - der Block x = 5 soll den baz (x) -Block ohne die Kante von bar()bis zur catch-Anweisung "dominieren" .

Es kann dann etwas tun, das als "konstante Ausbreitung" bezeichnet wird, um effizienteren Code zu erzeugen. Wenn baz inline ist, können die Anweisungen, die x verwenden, auch Konstanten enthalten, und was früher eine Laufzeitauswertung war, kann in eine Auswertung zur Kompilierungszeit usw. umgewandelt werden.

Wie auch immer, die kurze Antwort: noexceptDer Compiler kann ein engeres Flussdiagramm erstellen, und das Flussdiagramm wird verwendet, um über alle möglichen gängigen Compileroptimierungen nachzudenken. Für einen Compiler sind Benutzeranmerkungen dieser Art fantastisch. Der Compiler wird versuchen, dieses Problem zu lösen, kann dies jedoch normalerweise nicht (die betreffende Funktion befindet sich möglicherweise in einer anderen Objektdatei, die für den Compiler nicht sichtbar ist, oder verwendet transitiv eine Funktion, die nicht sichtbar ist), oder wenn dies der Fall ist, ist dies der Fall Eine triviale Ausnahme, die möglicherweise ausgelöst wird und die Sie nicht einmal kennen, sodass sie nicht implizit als gekennzeichnet werden kann noexcept(das Zuweisen von Speicher kann beispielsweise bad_alloc auslösen).

noexceptkann die Leistung einiger Operationen dramatisch verbessern. Dies geschieht nicht auf der Ebene der Generierung von Maschinencode durch den Compiler, sondern durch Auswahl des effektivsten Algorithmus: Wie bereits erwähnt, führen Sie diese Auswahl mithilfe der Funktion durch std::move_if_noexcept. Zum Beispiel muss das Wachstum von std::vector(z. B. wenn wir anrufen reserve) eine starke Ausnahmesicherheitsgarantie bieten. Wenn es weiß, dass Tder Verschiebungskonstruktor nicht wirft, kann er einfach jedes Element verschieben. Andernfalls müssen alle Ts kopiert werden . Dies wurde in diesem Beitrag ausführlich beschrieben .

Wann kann ich realistisch außer einer Leistungsverbesserung nach der Verwendung beobachten noexcept? Geben Sie insbesondere ein Beispiel für Code an, für den ein C ++ - Compiler nach dem Hinzufügen von noexcept besseren Maschinencode generieren kann.

Ähm, niemals? Ist nie eine Zeit? Noch nie.

noexceptist für Compiler- Leistungsoptimierungen genauso wie constfür Compiler-Leistungsoptimierungen. Das heißt, fast nie.

noexceptwird hauptsächlich verwendet, damit "Sie" zur Kompilierungszeit erkennen können, ob eine Funktion eine Ausnahme auslösen kann. Denken Sie daran: Die meisten Compiler geben keinen speziellen Code für Ausnahmen aus, es sei denn, er löst tatsächlich etwas aus. So noexceptist nicht eine Frage des Gebens der Compiler Hinweise darüber , wie eine Funktion so viel zu optimieren , geben Sie Hinweise darüber , wie eine Funktion zu verwenden.

Vorlagen wie move_if_noexcepterkennen, ob der Verschiebungskonstruktor mit definiert ist, noexceptund geben ein a const&anstelle eines &&Typs zurück, wenn dies nicht der Fall ist. Es ist eine Art zu sagen, sich zu bewegen, wenn es sehr sicher ist, dies zu tun.

Im Allgemeinen sollten Sie verwenden, noexceptwenn Sie der Meinung sind, dass dies tatsächlich nützlich ist . Einige Codes nehmen unterschiedliche Pfade, wenn is_nothrow_constructibledies für diesen Typ zutrifft. Wenn Sie Code verwenden, der dies ermöglicht, wenden Sie sich an die noexceptentsprechenden Konstruktoren.

Kurz gesagt: Verwenden Sie es für Verschiebungskonstruktoren und ähnliche Konstrukte, aber haben Sie nicht das Gefühl, dass Sie damit verrückt werden müssen.

In Bjarnes Worten ( The C ++ Programming Language, 4. Ausgabe , Seite 366):

Wenn die Kündigung eine akzeptable Antwort ist, wird dies durch eine nicht erfasste Ausnahme erreicht, da sie zu einem Aufruf von terminate () wird (§13.5.2.5). Auch ein noexceptSpezifizierer (§13.5.1.1) kann diesen Wunsch explizit machen.

Erfolgreiche fehlertolerante Systeme sind mehrstufig. Jede Ebene bewältigt so viele Fehler wie möglich, ohne zu verzerrt zu werden, und überlässt den Rest höheren Ebenen. Ausnahmen unterstützen diese Ansicht. Darüber hinaus terminate()unterstützt diese Ansicht durch eine Flucht bereitstellt , wenn die Ausnahmebehandlung Mechanismus selbst ist verdorbenen oder wenn es nicht vollständig verwendet wurde, so dass Ausnahmen nicht abgefangene verlassen. Bietet in ähnlicher Weise noexcepteine einfache Flucht vor Fehlern, bei denen der Versuch einer Wiederherstellung nicht möglich erscheint.

double compute(double x) noexcept;     {
    string s = "Courtney and Anya";
    vector<double> tmp(10);
    // ...
}

Der Vektorkonstruktor kann möglicherweise keinen Speicher für seine zehn Doppelten erfassen und a werfen std::bad_alloc. In diesem Fall wird das Programm beendet. Es endet bedingungslos durch Aufrufen std::terminate()(§30.4.1.3). Destruktoren werden beim Aufrufen von Funktionen nicht aufgerufen. Es ist implementierungsdefiniert, ob Destruktoren aus Bereichen zwischen throwund noexcept(z. B. für s in compute ()) aufgerufen werden. Das Programm steht kurz vor dem Abschluss, daher sollten wir uns sowieso nicht auf ein Objekt verlassen. Durch Hinzufügen eines noexceptBezeichners weisen wir darauf hin, dass unser Code nicht für einen Wurf geschrieben wurde.

1. Es gibt viele Beispiele für Funktionen, von denen ich weiß, dass sie niemals ausgelöst werden, für die der Compiler dies jedoch nicht selbst bestimmen kann. Sollte ich in all diesen Fällen keine Ausnahme an die Funktionsdeklaration anhängen?

noexceptist schwierig, da es Teil der Funktionsschnittstelle ist. Insbesondere wenn Sie eine Bibliothek schreiben, kann Ihr Client-Code von der noexceptEigenschaft abhängen . Es kann schwierig sein, es später zu ändern, da Sie möglicherweise vorhandenen Code beschädigen. Dies ist möglicherweise weniger problematisch, wenn Sie Code implementieren, der nur von Ihrer Anwendung verwendet wird.

Wenn Sie eine Funktion haben, die nicht ausgelöst werden kann, fragen Sie sich, ob sie bleiben soll noexceptoder ob dies zukünftige Implementierungen einschränken würde. Beispielsweise möchten Sie möglicherweise eine Fehlerprüfung für unzulässige Argumente einleiten, indem Sie Ausnahmen auslösen (z. B. für Komponententests), oder Sie sind auf anderen Bibliothekscode angewiesen, der die Ausnahmespezifikation ändern kann. In diesem Fall ist es sicherer, konservativ zu sein und wegzulassen noexcept.

Wenn Sie jedoch sicher sind, dass die Funktion niemals ausgelöst werden sollte und es richtig ist, dass sie Teil der Spezifikation ist, sollten Sie sie deklarieren noexcept. Beachten Sie jedoch, dass der Compiler keine Verstöße erkennen kann, noexceptwenn sich Ihre Implementierung ändert.

2. In welchen Situationen sollte ich bei der Verwendung von noexcept vorsichtiger sein und in welchen Situationen kann ich mit dem implizierten noexcept (false) davonkommen?

Es gibt vier Funktionsklassen, auf die Sie sich konzentrieren sollten, da sie wahrscheinlich den größten Einfluss haben:

1. Verschiebungsoperationen (Verschiebungszuweisungsoperator und Verschiebungskonstruktoren)
2. Swap-Operationen
3. Speicherfreigaben (Operator löschen, Operator löschen [])
4. Destruktoren (obwohl diese implizit sind, es noexcept(true)sei denn, Sie machen sie noexcept(false))

Diese Funktionen sollten im Allgemeinen vorhanden sein noexcept, und es ist sehr wahrscheinlich, dass Bibliotheksimplementierungen die noexceptEigenschaft verwenden können. std::vectorKann beispielsweise nicht werfende Bewegungsoperationen verwenden, ohne starke Ausnahmegarantien zu opfern. Andernfalls muss auf das Kopieren von Elementen zurückgegriffen werden (wie in C ++ 98).

Diese Art der Optimierung erfolgt auf algorithmischer Ebene und basiert nicht auf Compiler-Optimierungen. Dies kann erhebliche Auswirkungen haben, insbesondere wenn das Kopieren der Elemente teuer ist.

3. Wann kann ich realistisch mit einer Leistungsverbesserung nach Verwendung von noexcept rechnen? Geben Sie insbesondere ein Beispiel für Code an, für den ein C ++ - Compiler nach dem Hinzufügen von noexcept besseren Maschinencode generieren kann.

Der Vorteil noexceptgegenüber keiner Ausnahmespezifikation oder throw()ist, dass der Standard den Compilern mehr Freiheit beim Abwickeln von Stapeln ermöglicht. Selbst in diesem throw()Fall muss der Compiler den Stapel vollständig abwickeln (und dies in der exakten umgekehrten Reihenfolge der Objektkonstruktionen).

In diesem noexceptFall ist dies jedoch nicht erforderlich. Es ist nicht erforderlich, dass der Stapel abgewickelt werden muss (der Compiler darf dies jedoch weiterhin tun). Diese Freiheit ermöglicht eine weitere Codeoptimierung, da dadurch der Aufwand verringert wird, den Stapel immer wieder abwickeln zu können.

Die verwandte Frage zu noexcept, Abwickeln des Stapels und Leistung geht näher auf den Overhead ein, wenn das Abwickeln des Stapels erforderlich ist.

Ich empfehle auch das Scott Meyers-Buch "Effective Modern C ++", "Punkt 14: Deklarieren Sie Funktionen, die keine Ausnahmen sind, wenn sie keine Ausnahmen ausgeben", um sie weiter zu lesen.

Es gibt viele Beispiele für Funktionen, von denen ich weiß, dass sie niemals ausgelöst werden, für die der Compiler dies jedoch nicht selbst bestimmen kann. Sollte ich in all diesen Fällen keine Ausnahme an die Funktionsdeklaration anhängen?

Wenn Sie sagen "Ich weiß, dass [sie] niemals werfen werden", meinen Sie, indem Sie die Implementierung der Funktion untersuchen, von der Sie wissen, dass die Funktion nicht werfen wird. Ich denke, dieser Ansatz ist von innen nach außen.

Es ist besser zu überlegen, ob eine Funktion Ausnahmen auslösen kann, um Teil der zu sein Entwurfs der Funktion zu sein: so wichtig wie die Argumentliste und ob eine Methode ein Mutator ist (... const). Die Erklärung, dass "diese Funktion niemals Ausnahmen auslöst", ist eine Einschränkung für die Implementierung. Das Weglassen bedeutet nicht, dass die Funktion Ausnahmen auslösen kann. Dies bedeutet, dass die aktuelle Version der Funktion und alle zukünftigen Versionen Ausnahmen auslösen können. Dies ist eine Einschränkung, die die Implementierung erschwert. Einige Methoden müssen jedoch die Einschränkung haben, praktisch nützlich zu sein. Am wichtigsten ist jedoch, dass sie von Destruktoren aufgerufen werden können, aber auch für die Implementierung von "Rollback" -Code in Methoden, die die Garantie für starke Ausnahmen bieten.