Google Benchmark 介绍和使用指南

Google Benchmark 介绍和使用指南

Google Benchmark 是一个由 Google 开发的 C++ 微基准测试库，用于测量和比较代码片段的性能。它提供了简单易用的 API 来编写基准测试，并生成详细的性能报告。

主要特性

1. 简单易用的 API：只需几行代码即可创建基准测试
2. 自动测量：自动计算迭代次数以获得稳定结果
3. 多参数支持：可以测试不同参数下的性能
4. 丰富的输出：提供多种格式的输出（控制台、JSON、CSV等）
5. 跨平台：支持 Linux、Windows 和 macOS

安装 Google Benchmark

使用 vcpkg 安装

vcpkg install benchmark

使用源码编译安装

git clone https://github.com/google/benchmark.git
cd benchmark
cmake -Bbuild -S. -DBENCHMARK_DOWNLOAD_DEPENDENCIES=ON
cmake --build build --config Release
sudo cmake --build build --config Release --target install

基本使用方法

简单基准测试示例

#include <benchmark/benchmark.h>static void BM_StringCreation(benchmark::State& state) {for (auto _ : state) {std::string empty_string;}
}
// 注册基准测试
BENCHMARK(BM_StringCreation);static void BM_StringCopy(benchmark::State& state) {std::string x = "hello";for (auto _ : state) {std::string copy(x);}
}
BENCHMARK(BM_StringCopy);BENCHMARK_MAIN();

带参数的基准测试

static void BM_StringCompare(benchmark::State& state) {std::string s1(state.range(0), 'a');std::string s2(state.range(0), 'b');for (auto _ : state) {benchmark::DoNotOptimize(s1.compare(s2));}state.SetComplexityN(state.range(0));
}
// 测试不同长度的字符串比较
BENCHMARK(BM_StringCompare)->RangeMultiplier(2)->Range(8, 8<<10)->Complexity();

多线程基准测试

static void BM_StringConcatenation(benchmark::State& state) {std::string s1 = "hello";std::string s2 = "world";for (auto _ : state) {std::string result = s1 + s2;benchmark::DoNotOptimize(result);}
}
// 测试1-8线程下的性能
BENCHMARK(BM_StringConcatenation)->ThreadRange(1, 8);

常用命令行参数

运行编译后的基准测试程序时，可以添加以下参数：

• --benchmark_filter=<regex>：只运行匹配的基准测试
• --benchmark_min_time=<min_time>：设置每个测试的最小运行时间（秒）
• --benchmark_repetitions=<num>：设置重复次数并显示统计信息
• --benchmark_report_aggregates_only={true|false}：只显示统计信息
• --benchmark_format=<console|json|csv>：设置输出格式
• --benchmark_out=<filename>：将结果输出到文件
• --benchmark_out_format=<json|console|csv>：设置文件输出格式
• --benchmark_counters_tabular={true|false}：以表格形式显示计数器

高级功能

自定义计数器

static void BM_SomeFunction(benchmark::State& state) {int items_processed = 0;for (auto _ : state) {// 处理一些数据items_processed += state.range(0);}state.counters["items_per_second"] = benchmark::Counter(items_processed, benchmark::Counter::kIsRate);
}

设置时间单位

static void BM_FastFunction(benchmark::State& state) {for (auto _ : state) {// 非常快的操作}
}
BENCHMARK(BM_FastFunction)->Unit(benchmark::kNanosecond);

使用固定迭代次数

static void BM_Deterministic(benchmark::State& state) {for (auto _ : state) {// 测试代码}
}
BENCHMARK(BM_Deterministic)->Iterations(1000);

实际应用建议

1. 避免优化消除：使用 benchmark::DoNotOptimize() 防止编译器优化掉你的测试代码
2. 预热缓存：在正式测试前可以先运行几次测试代码
3. 关注稳定结果：确保测试时间足够长以获得稳定测量
4. 多次运行：使用 --benchmark_repetitions 获取更可靠的结果
5. 分析趋势：使用 Complexity() 分析算法复杂度是否符合预期

Google Benchmark 是一个强大的工具，可以帮助开发者精确测量代码性能，识别性能瓶颈，并验证优化效果。