Zero-cost异常处理指不抛出异常时无性能损失，但throw时因栈展开、类型匹配等开销显著；其成本取决于编译器实现、noexcept标注、RTTI启用及LTO优化。
在C++中，异常处理（Exception Handling, EH）的开销不是“运行时总存在”，而是分阶段、有条件、高度依赖编译器实现和使用方式。所谓“Zero-cost EH”（零开销异常处理），指的是不抛出异常时几乎无性能损失，但一旦进入异常流程，代价显著上升——这不是理论宣传，而是由底层机制决定的。
Zero-cost 的本质：异常路径外无额外指令
现代C++编译器（如GCC、Clang、MSVC）采用“表驱动”（table-driven）异常处理模型（如DWARF/SEH/ARM EHABI），而非早期的“栈展开时插桩”（如setjmp/longjmp风格）。这意味着：
- 正常执行路径上不插入任何异常检查指令（比如没有隐式if (exception_occurred) ...）
- 函数入口/出口无需保存/恢复特殊寄存器或栈帧元数据
- 异常处理信息（.eh_frame、.pdata等）以只读数据段形式存在，不参与指令流
- 调用约定、寄存器分配、内联优化完全不受EH存在与否影响
所以，只要不 throw，函数调用、循环、分支的性能与完全禁用EH的构建（如-fno-exceptions）几乎一致——这才是“zero-cost”的准确含义：成本为零，不是免费，而是延迟到异常发生那一刻才结算。
Throw 时的真实开销：远不止“跳转”那么简单
一次 throw 触发后，实际发生的是一个复杂的、跨栈帧的协作过程：
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- 栈展开（Stack Unwinding）：从 throw 点开始，逐层调用每个栈帧的析构函数（包括临时对象、局部对象、RAII资源）。这需要解析.eh_frame（或.pdata）查找每个函数的清理范围，并精确计算栈指针、寄存器状态
- 类型匹配与捕获定位：遍历调用栈，对每个 catch 块的类型信息（type_info）做动态比较（可能涉及RTTI虚表查找、cv限定符适配、引用解引用等）
- 控制流重定向：跳转到匹配的 catch 块，同时确保该块所在函数的栈帧已正确重建（包括this指针、参数、局部静态初始化状态等）
- 内存与缓存惩罚：.eh_frame 是只读但分散的数据结构，频繁异常会导致TLB miss、cache line大量加载；析构函数本身也可能触发内存访问、虚调用、锁竞争等
实测表明：在主流x86_64平台，一次 throw + 单层 catch（无析构）通常耗时 1–5 μs；若涉及10层嵌套+每层2个析构对象，可飙升至 20–100 μs，是普通函数调用的百倍以上。
影响开销的关键因素（非直觉但关键）
很多开发者误以为“只要不用 try/catch 就安全”，其实以下情况仍会引入隐式EH成本：
- 函数声明 noexcept(false)（默认）且含可能抛出的调用：编译器必须为其生成完整的 unwind 信息，即使你从不写 try —— 因为语言标准要求“任何函数都可能被异常穿透”
- 启用 RTTI（-frtti）：type_info 比较、dynamic_cast、catch(...) 都依赖它；禁用 RTTI（-fno-rtti）可减少部分类型匹配开销，但无法消除 unwind 本身
- 模板实例化爆炸：每个不同异常类型、不同捕获签名的模板实例都会生成独立的 EH 表条目，增大二进制体积和加载时间
- 链接时优化（LTO）缺失：未开启 LTO 时，编译器无法跨编译单元删除未使用的 catch 块或优化 unwind 路径，导致冗余数据残留
如何真正控制EH成本？实用建议
面向性能敏感场景（游戏引擎、高频交易、嵌入式实时系统），可采取如下措施：
- 对明确不抛出的函数，显式标注 noexcept（尤其移动构造/赋值、swap、析构函数）——编译器可省略其 unwind 信息，并允许更激进的优化（如调用者省略栈保护）
- 在构建系统级库或OS内核时，直接使用 -fno-exceptions，并用 error code / std::expected（C++23）替代异常逻辑
- 避免在 hot path（如粒子更新、网络包解析循环）中 throw；把异常边界设在模块接口层（如 parse_json() 可 throw，但内部 token_stream::next() 不 throw）
- 用 __builtin_unreachable() 或 assert(false) 替代“不可能路径”的 throw，让编译器彻底剪除该分支（注意：这放弃异常安全性，需严格验证前提）
基本上就这些。Zero-cost EH 不是魔法，它是编译器与ABI协同设计的精密权衡：用空间换时间，用复杂性换常态性能。理解它在哪免费、在哪昂贵，比争论“该不该用”更有实际价值。
