一个专注于嵌入式序列化库性能基准测试工具

cpp-serializers简介

cpp-serializers 是一个专注于 C++ 序列化库性能基准测试

https://github.com/thekvs/cpp-serializers

在嵌入式系统、高性能计算、分布式通信等场景中，序列化方案的选择直接影响系统的吞吐量、内存占用和通信效率，而本项目通过对 9 种主流序列化库进行横向对比，揭示了不同编码方案在数据体积和序列化速度上的显著差异，为工程师提供了基于实测数据的决策依据。

核心特性

自动化依赖管理通过 CMake ExternalProject 模块自动下载并编译所有序列化库（Boost、Thrift、Protobuf 等），开发者无需手动配置复杂的环境依赖，只需执行标准构建流程即可获得完整的测试环境。

灵活的测试控制支持通过命令行参数精确指定测试迭代次数、选择特定序列化库、输出 CSV 格式数据，便于集成到 CI/CD 流程或批量对比实验中。

统一的测试数据使用预定义的 300+ 个 int64 整数和 100 个固定长度字符串作为测试负载，确保所有序列化库在相同的数据条件下竞争，消除数据差异带来的偏差。

多维度的性能指标同时测量序列化后的数据体积和序列化+反序列化的总耗时，帮助开发者根据实际场景权衡空间效率和时间效率。

项目架构概览

项目采用清晰的分层架构设计，将测试框架、数据定义、序列化实现和构建系统分离，既保证了代码的可维护性，也方便扩展新的序列化库。以下架构图展示了各模块之间的关系和数据流转过程：

测试框架层负责协调整个基准测试流程，测试数据层提供标准化的输入数据，序列化实现层包含各种序列化库的具体实现，IDL 定义层存储各序列化方案的接口定义文件。箭头表示数据流转方向，虚线表示代码生成关系。

项目目录结构

项目的目录组织遵循职责分离原则，每个子目录对应一种序列化库的实现或工具链，便于开发者定位特定库的源代码和配置文件。根目录下的 IDL 文件定义了统一的测试数据结构，各序列化库必须实现相同的语义才能保证测试的公平性：

cpp-serializers/
├── benchmark.cpp          # 基准测试主程序
├── data.hpp               # 测试数据定义
├── CMakeLists.txt         # 构建系统配置
├── test.proto             # Protobuf IDL定义
├── test.thrift            # Thrift IDL定义
├── test.fbs               # FlatBuffers Schema定义
├── test.capnp             # Cap'n Proto Schema定义
├── protobuf/              # Protobuf生成代码
│   ├── test.pb.cc
│   └── test.pb.h
├── thrift/                # Thrift生成代码
│   └── gen-cpp/
├── flatbuffers/           # FlatBuffers生成代码
│   └── test_generated.h
├── capnproto/             # Cap'n Proto生成代码
│   ├── test.capnp.c++
│   └── test.capnp.h
├── boost/                 # Boost序列化实现
│   ├── record.hpp
│   └── record.cpp
├── cereal/                # Cereal序列化实现
│   ├── record.hpp
│   └── record.cpp
├── yas/                   # YAS序列化实现
│   ├── record.hpp
│   └── record.cpp
├── msgpack/               # Msgpack序列化实现
│   └── record.hpp
├── avro/                  # Avro序列化实现
│   └── record.hpp
└── images/                # 性能测试结果图表
    ├── size.png
    ├── time.png
    └── time2.png

目录说明： 带 test.* 前缀的文件是各序列化库的接口定义语言文件，用于生成类型安全的序列化代码。各库的实现目录中，header-only 库（如 YAS、Msgpack）仅需 .hpp 文件，而需要编译的库（如 Boost、Cereal）则包含 .cpp 实现文件。

支持的序列化器列表：

支持的序列化方案对比

项目当前支持 9 种主流序列化库，根据其编码原理可以分为四大类：TLV 编码方案、定长二进制方案、零拷贝方案和其他方案。下表从数据体积、序列化速度、易用性和典型应用场景四个维度进行对比，帮助开发者快速定位适合自己需求的序列化库：

表注： 耗时数据基于 100 万次序列化+反序列化测试，测试环境为 Intel Core i7 处理器。体积越小越好，耗时越短越好。易用性评分综合考虑了学习曲线、文档质量、调试便利性等因素。零拷贝方案的耗时包括 build/serialize/deserialize 完整周期。

典型使用场景

场景 1：完整基准测试

测试所有序列化库，每个库执行 100,000 次序列化/反序列化操作：

./benchmark -i 100000

输出示例：

Serializer: thrift-binary
Version   : 0.12.0
Iterations: 100000
Size      : 17017 bytes
Time      : 1190 milliseconds

Serializer: protobuf
Version   : 3.7.0
Iterations: 100000
Size      : 16116 bytes
Time      : 2312 milliseconds
...

场景 2：定向对比测试

仅对比 Protobuf 和 YAS 两个库的性能：

./benchmark -i 100000 -s protobuf,yas

场景 3：CSV 格式输出

生成适合导入电子表格或数据分析工具的 CSV 格式结果：

./benchmark -i 100000 -c > results.csv

CSV 文件格式：

serializer,version,iterations,size,time
thrift-binary,0.12.0,100000,17017,1190
protobuf,3.7.0,100000,16116,2312
...

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