Try-catch speeding up my code?

技术背景

在代码优化过程中，通常认为 try-catch 块会增加额外的开销，因为它需要处理异常情况。然而，在某些特定的 C# 代码中，使用 try-catch 块反而使代码运行速度加快。这一现象源于 C# 编译器生成局部变量存储的方式与 JIT（Just-in-time）编译器在相应 x86 代码中进行寄存器调度的方式之间的交互问题，导致局部变量的加载和存储代码生成不佳。

实现步骤

测试代码示例

以下是一个简单的测试代码，用于验证 try-catch 块对代码性能的影响：

using System;
using System.Diagnostics;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int hundredMillion = 1000000;
        DateTime start = DateTime.Now;
        double sqrt;
        for (int i = 0; i < hundredMillion; i++)
        {
            sqrt = Math.Sqrt(DateTime.Now.ToOADate());
        }
        DateTime end = DateTime.Now;

        double sqrtMs = (end - start).TotalMilliseconds;

        Console.WriteLine("Elapsed milliseconds: " + sqrtMs);

        DateTime start2 = DateTime.Now;

        double sqrt2;
        for (int i = 0; i < hundredMillion; i++)
        {
            try
            {
                sqrt2 = Math.Sqrt(DateTime.Now.ToOADate());
            }
            catch (Exception e)
            {
                int br = 0;
            }
        }
        DateTime end2 = DateTime.Now;

        double sqrtMsTryCatch = (end2 - start2).TotalMilliseconds;

        Console.WriteLine("Elapsed milliseconds: " + sqrtMsTryCatch);

        Console.WriteLine("ratio is " + sqrtMsTryCatch / sqrtMs);

        Console.ReadLine();
    }
}

代码分析

运行上述代码，会发现使用 try-catch 块的代码运行时间可能更短。
通过反汇编代码可以进一步分析原因。例如，在一个斐波那契数列计算的代码中，快速版本使用 try-catch 块，在反汇编代码中使用了一对寄存器（esi,edi）来存储局部变量，而慢速版本则没有使用这些寄存器，更多地使用了栈空间。

核心代码

以下是一个简化的斐波那契数列计算代码示例，展示 try-catch 块对性能的影响：

using System;
using System.Diagnostics;

class Program
{
    static int Fibo(int n)
    {
        int a = 0, b = 1, c;
        for (int i = 0; i < n; i++)
        {
            c = a + b;
            a = b;
            b = c;
        }
        return a;
    }

    static void Main()
    {
        var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 1; i < 100000000; i++)
        {
            Fibo(100);
        }
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine("Elapsed time without try-catch: " + stopwatch.Elapsed);

        stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 1; i < 100000000; i++)
        {
            try
            {
                Fibo(100);
            }
            catch { }
        }
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine("Elapsed time with try-catch: " + stopwatch.Elapsed);
    }
}

最佳实践

性能测试：在实际项目中，如果对性能有较高要求，建议对包含和不包含 try-catch 块的代码进行性能测试，以确定哪种方式更适合。
代码优化：如果发现 try-catch 块能提升性能，可以考虑合理使用。但要注意，不同的代码可能会有不同的结果，不能将其作为通用的加速技术。

常见问题

为什么 `try-catch` 块会影响寄存器分配？

JIT 编译器对于包含 try-catch 块的代码和不包含的代码在寄存器使用上有不同的假设，导致不同的寄存器分配选择。在某些情况下，这种分配选择有利于包含 try-catch 块的代码。

在 x64 系统上，`try-catch` 块对性能没有明显影响，为什么？

x64 CLR 比 x86 CLR 快很多，并且有更多的寄存器（如 r9 - r15）。此外，x64 可以在一个寄存器（如 rax）中存储一个长整型，因此 try-catch 块对性能的影响不明显。