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Google Benchmark是一个强大的C++微基准测试库，专门用于测量和比较代码片段的性能。下面详细介绍如何使用它进行性能测试。

1. 安装Google Benchmark

Linux/macOS安装

# 使用包管理器安装（如Ubuntu）
sudo apt-get install libbenchmark-dev libbenchmark1# 或者从源码安装
git clone https://github.com/google/benchmark.git
cd benchmark
cmake -E make_directory "build"
cmake -E chdir "build" cmake -DBENCHMARK_DOWNLOAD_DEPENDENCIES=on -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ../
cmake --build "build" --config Release
sudo cmake --build "build" --config Release --target install

Windows安装

使用vcpkg:

vcpkg install benchmark

2. 基本用法

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;}
}
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();

编译命令

g++ mybenchmark.cpp -std=c++11 -lbenchmark -lpthread -o mybenchmark

3. 关键特性

参数化基准测试

static void BM_SetInsert(benchmark::State& state) {std::set<int> data;for (auto _ : state) {state.PauseTiming(); // 暂停计时// 准备数据（不计时）for (int i = 0; i < state.range(0); ++i)data.insert(i);state.ResumeTiming(); // 恢复计时// 要测试的操作data.insert(state.range(0));}
}
// 测试不同大小的输入：8, 64, 512, 4k, 8k
BENCHMARK(BM_SetInsert)->RangeMultiplier(8)->Range(8, 8<<10);

自定义计数器

static void BM_UserCounters(benchmark::State& state) {double numFoos = 0, numBars = 0, numBazs = 0;for (auto _ : state) {// ... 执行操作 ...numFoos += 1.0;numBars += 2.0;numBazs += 3.0;}state.counters["Foo"] = numFoos;state.counters["Bar"] = numBars;state.counters["Baz"] = numBazs;
}
BENCHMARK(BM_UserCounters);

4. 高级功能

多线程基准测试

static void BM_OpenMP(benchmark::State& state) {int sum = 0;for (auto _ : state) {#pragma omp parallel for reduction(+:sum)for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {sum += i;}}
}
BENCHMARK(BM_OpenMP)->UseRealTime()->Threads(2)->Threads(4);

复杂设置和清理

class MyFixture : public benchmark::Fixture {
public:void SetUp(const benchmark::State& state) override {// 测试前设置data.resize(state.range(0));std::generate(data.begin(), data.end(), std::rand);}void TearDown(const benchmark::State&) override {// 测试后清理data.clear();}std::vector<int> data;
};BENCHMARK_DEFINE_F(MyFixture, BM_TestSort)(benchmark::State& state) {for (auto _ : state) {std::sort(data.begin(), data.end());}
}
BENCHMARK_REGISTER_F(MyFixture, BM_TestSort)->Range(8, 8<<10);

5. 运行和分析结果

运行基准测试

./mybenchmark

常用选项

• --benchmark_filter=<regex>: 只运行匹配的测试

• --benchmark_repetitions=<num>: 重复运行次数

• --benchmark_report_aggregates_only=true: 只显示统计结果

• --benchmark_format=<console|json|csv>: 输出格式

• --benchmark_out=<filename>: 输出到文件

结果示例

---------------------------------------------------------------------
Benchmark              Time           CPU Iterations UserCounters...
---------------------------------------------------------------------
BM_StringCreation     5 ns          5 ns  135789473
BM_StringCopy        12 ns         12 ns   57692308
BM_SetInsert/8       18 ns         18 ns   38888889
BM_SetInsert/64      25 ns         25 ns   28000000
BM_SetInsert/512    112 ns        112 ns    6400000

6. 最佳实践

1. 足够大的迭代次数：确保每个测试运行足够长时间（通常1秒以上）

2. 避免优化干扰：确保编译器没有优化掉你要测试的代码

3. 隔离测试：每次测试只测量一个特定操作

4. 多次运行：使用--benchmark_repetitions检测结果稳定性

5. 考虑缓存效应：大内存操作可能需要特殊处理

通过Google Benchmark，你可以获得精确、可重复的性能测量结果，帮助优化你的C++代码。