如果你正在尋找一款c++性能測試工具，那么這篇文章是不容錯過的。
市面上的benchmark工具或多或少存在一些使用上的不便，那么是否存在一個使用簡便又功能強大的性能測試工具呢？答案是google/benchmark。
google/benchmark是一個由Google開發的基於googletest框架的c++ benchmark工具，它易於安裝和使用，並提供了全面的性能測試接口。
下面我將介紹google/benchmark的安裝並用一個簡短的例子介紹它的簡單使用。
安裝google/benchmark
google/benchmark基於c++11標准和googletest框架，所以安裝前需要先做一些准備工作。
首先是安裝g++和cmake。
Debian/Ubuntu:
sudo apt install g++ cmake
Arch Linux/Manjaro Linux:
sudo pacman -s g++ cmake
確保你的g++版本在5.0以上，否則可能不能很好地支持c++11的某些特性。
然后是googletest框架，你可以選擇單獨安裝，不過這里我選擇將其作為benchmark源碼樹的依賴而不單獨安裝它，因為benchmark在編譯安裝時需要googletest但是在使用時並不需要，為了篇幅我們選擇后者。
准備工作完成后選擇一個合適的目錄，然后運行下面的命令：
git clone https://github.com/google/benchmark.git
git clone https://github.com/google/googletest.git benchmark/googletest
mkdir build && cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE ../benchmark
make -j4
# 如果想全局安裝就接着運行下面的命令
sudo make install
頭文件會被安裝至/usr/local/include，庫文件會安裝至/usr/local/lib。
現在安裝完成了，我們來看看benchmark如何使用。
google/benchmark的簡單使用
我們的例子將會對比三種訪問`std::array`容器內元素方法的性能，進而演示benchmark的使用方法。先看代碼：
#include <benchmark/benchmark.h>
#include <array>
constexpr int len = 6;
// constexpr function具有inline屬性，你應該把它放在頭文件中
constexpr auto my_pow(const int i)
{
return i * i;
}
// 使用operator[]讀取元素，依次存入1-6的平方
static void bench_array_operator(benchmark::State& state)
{
std::array<int, len> arr;
constexpr int i = 1;
for (auto _: state) {
arr[0] = my_pow(i);
arr[1] = my_pow(i+1);
arr[2] = my_pow(i+2);
arr[3] = my_pow(i+3);
arr[4] = my_pow(i+4);
arr[5] = my_pow(i+5);
}
}
BENCHMARK(bench_array_operator);
// 使用at()讀取元素，依次存入1-6的平方
static void bench_array_at(benchmark::State& state)
{
std::array<int, len> arr;
constexpr int i = 1;
for (auto _: state) {
arr.at(0) = my_pow(i);
arr.at(1) = my_pow(i+1);
arr.at(2) = my_pow(i+2);
arr.at(3) = my_pow(i+3);
arr.at(4) = my_pow(i+4);
arr.at(5) = my_pow(i+5);
}
}
BENCHMARK(bench_array_at);
// std::get<>(array)是一個constexpr function，它會返回容器內元素的引用，並在編譯期檢查數組的索引是否正確
static void bench_array_get(benchmark::State& state)
{
std::array<int, len> arr;
constexpr int i = 1;
for (auto _: state) {
std::get<0>(arr) = my_pow(i);
std::get<1>(arr) = my_pow(i+1);
std::get<2>(arr) = my_pow(i+2);
std::get<3>(arr) = my_pow(i+3);
std::get<4>(arr) = my_pow(i+4);
std::get<5>(arr) = my_pow(i+5);
}
}
BENCHMARK(bench_array_get);
BENCHMARK_MAIN();
我們可以看到每一個benchmark測試用例都是一個類型為std::function<void(benchmark::State&)>的函數，其中benchmark::State&負責測試的運行及額外參數的傳遞。
隨后我們使用for (auto _: state) {}來運行需要測試的內容，state會選擇合適的次數來運行循環，時間的計算從循環內的語句開始，所以我們可以選擇像例子中一樣在for循環之外初始化測試環境，然后在循環體內編寫需要測試的代碼。
測試用例編寫完成后我們需要使用BENCHMARK(<function_name>);將我們的測試用例注冊進benchmark，這樣程序運行時才會執行我們的測試。
最后是用BENCHMARK_MAIN();替代直接編寫的main函數，它會處理命令行參數並運行所有注冊過的測試用例生成測試結果。
示例中大量使用了constexpt，這是為了能在編譯期計算出需要的數值避免對測試產生太多噪音。
然后我們編譯測試程序：
g++ -Wall -std=c++14 benchmark_example.cpp -pthread -lbenchmark
benchmark需要鏈接libbenchmark.so，所以需要指定-lbenchmark，此外還需要thread的支持，因為libstdc++不提供thread的底層實現，我們需要pthread。另外不建議使用-lpthread，官方表示會出現兼容問題，在我這測試也會出現鏈接錯誤。注意文件名一定要在-lbenchmark前面，否則編譯會失敗，具體參見：https://github.com/google/benchmark/issues/619
如果你是在Windows平台使用google/benchmark，那么你需要額外鏈接shlwapi.lib才能使benchmark正常編譯和運行。詳細信息在這里。
編譯好程序后就可以運行測試了：
顯示的警告信息表示在當前系統環境有一些噪音（例如其他在運行的程序）可能導致結果不太准確，並不影響我們的測試。
在Windows上通常沒有上述警告，如果你需要在Linux平台上去除相關警告的話，請參考此處。
測試結果與預期基本相符，std::get最快，at()最慢。
以上就是google/benchmark的安裝和簡單使用，下一篇文章中我會介紹更多使用benchmark的技巧，如有錯誤歡迎指正。