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docs: perf README document

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Dnomd343 8 months ago
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77
README.md

@ -1,27 +1,25 @@
# MD5
+ 纯 C++ 接口及实现。
+ ✔︎ 纯 C++ 接口及实现。
+ 计算性能比 coreutils 更高。
+ ✔︎ 计算性能比 coreutils 更高。
+ 基于编译期计算,完整实现 MD5 算法。
+ ✔︎ 基于编译期计算,完整实现 MD5 算法。
+ 完善的单元测试及性能基准套件。
+ ✔︎ 完善的单元测试及性能基准套件。
+ 支持编译期 MD5 哈希值计算。
> 这个项目更适合作为学习现代 C++ 或是密码学的工具,在正式的生产环境中,我建议使用 openssl 库。
+ ✔︎ 支持编译期 MD5 哈希值计算。
## 快速开始
您需要在项目中引入本仓库,例如以下命令
首先,您需要在项目中引入本仓库:
```bash
> mkdir my_project && cd ./my_project/
> git clone https://github.com/dnomd343/md5sum.git
```
此时,编写一份源代码用于调用,例如 `main.cc` 文件:
编写一份源代码用于测试,例如 `main.cc` 文件:
```c++
#include "md5.h"
@ -34,50 +32,58 @@ int main() {
}
```
同时,需要一份 CMake 配置来驱动它,创建 `CMakeLists.txt` 文件:
同时,需要一份 CMake 配置来驱动它,创建 `CMakeLists.txt` 文件:
```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.12)
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(my_project LANGUAGES CXX)
add_subdirectory(md5sum)
add_executable(my_demo main.cc)
target_link_libraries(my_demo PRIVATE md5sum::md5sum)
target_link_libraries(my_demo PRIVATE md5sum::md5)
```
这时,我们只需要将剩下的工作交给编译器,执行以下命令:
最后,我们将剩下的工作交给编译器,执行以下命令:
```bash
> cmake -Bcmake-build
> cmake --build cmake-build
> cmake -Bcmake-build && cmake --build cmake-build
> ./cmake-build/my_demo
5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3
```
## 哈希接口
所有的哈希计算接口都集中在 `MD5` 这个类中,它分为两种:直接计算和流式更新前者是一元调用,传入数据并得到哈希结果,后者允许您多次将数据传入并不断更新哈希值,并最终得到结果,这在计算大文件哈希时特别有用。
所有的哈希计算接口都集中在 `MD5` 这个类中,它分为两种:直接计算和流式更新前者是一元调用,传入数据并得到哈希结果,后者允许您多次将数据传入并不断更新哈希值,并最终得到结果,这在计算大文件哈希时特别有用。
以下接口可以直接计算,返回字符串形式的哈希结果:
以下接口用于直接计算,返回字符串形式的哈希结果:
```c++
// Calculate the md5 hash value of the specified data.
static std::string Hash(const std::string_view &data);
static std::string Hash(const void *data, uint64_t len);
```
以下接口允许流式计算哈希值,使用 `Update` 接口传入数据,调用 `Final` 接口终止计算,并通过 `Digest` 接口得到字符串形式的哈希结果。
以下接口允许流式计算哈希值,使用 `Update` 接口传入数据,调用 `Final` 接口完成计算,并通过 `Digest` 接口得到字符串形式的哈希结果,最后,您可能需要调用 `Reset` 为下一轮计算初始化:
> 返回值 `MD5&` 是类自身的引用,它使得链式调用场景更为方便。
```c++
// Update md5 hash with specified data.
MD5& Update(const std::string_view &data);
MD5& Update(const void *data, uint64_t len);
// Stop streaming updates and calculate result.
MD5& Final();
// Get the string result of md5.
std::string Digest() const;
// Reset for next round of hashing.
MD5& Reset();
```
请注意,在调用 `Final` 后不再应该使用 `Update` 接口,在进行下一轮计算时,请务必调用 `Reset` 接口,否则将得到错误的结果,以下是一个简单的示例:
请注意,在调用 `Final` 后不再应该使用 `Update` 接口,在进行下一轮计算前,请务必调用 `Reset` 接口,否则将得到错误的结果。以下是一个简单的示例:
```c++
#include "md5.h"
@ -92,28 +98,29 @@ int main() {
.Update(" ")
.Update("world")
.Final();
std::cout << hash.Digest() << std::endl;
std::cout << hash.Digest() << std::endl; // 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3
hash.Reset();
hash.Update("hello world").Final();
std::cout << hash.Digest() << std::endl;
std::cout << hash.Digest() << std::endl; // 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3
std::cout << MD5::Hash("hello world") << std::endl;
std::cout << MD5::Hash("hello world") << std::endl; // 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3
}
```
## 编译期哈希
这是一个很有趣的特性,C++ 允许我们在编译的时候进行一些常量表达式计算,可以直接将常量二进制数据传入,并得到它的 MD5 常量值。
这是一个很有趣的特性,C++ 允许我们在编译的时候进行一些常量表达式计算,可以直接将常量二进制数据传入,并得到它的 MD5 常量值。
不过由于编译器限制,在当前并不支持构`std::string` 作为返回值,相应的,它返回 `std::array<char, 32>` 作为结果,函数原型如下。
不过由于编译器限制,在当前并不支持构`std::string` 作为常量表达式,作为替代,它返回 `std::array<char, 32>` 类型的结果,函数原型如下:
```c++
// Calculate the md5 hash value of the specified data with constexpr.
static constexpr std::array<char, 32> HashCE(const std::string_view &data);
static constexpr std::array<char, 32> HashCE(const char *data, uint64_t len);
```
下面是一个例子:
使用常量表达式意味着,哈希过程将在编译期进行,MD5 结果将作为常量记录到编译产物中。下面是一个例子:
```c++
#include "md5.h"
@ -123,7 +130,7 @@ using md5::MD5;
int main() {
constexpr auto my_hash = MD5::HashCE("hello world");
std::cout << std::string { my_hash.data(), 32 } << std::endl;
std::cout << std::string { my_hash.data(), 32 } << std::endl; // 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3
}
```
@ -198,18 +205,20 @@ MD5_Hash/1024 1358 ns 1358 ns 515488
MD5_Hash/4096 5137 ns 5133 ns 136354
```
这些数据意味着,在 i3-1115G4 这颗 CPU 上,导出一次 MD5 结果需要约 10 纳秒,完成 64 字节的更新需要 78.6 纳秒,完成 4 KiB 的哈希计算需要 5.133 微秒。
这些数据意味着,在这颗 CPU 上,导出一次 MD5 字符串需要约 10 纳秒,完成 64 字节的更新需要 78.6 纳秒,完成 4 KiB 的哈希计算需要 5.133 微秒。
哈希速度与 CPU 的单核性能有直接关系,绝大多数场景下,性能瓶颈在于 CPU 而非 IO 部分。如果您需要校验大量数据,xxHash 或者 BLAKE3 将会是更合适的选择。
## 二进制示例
本项目中,同时提供了一个演示样例,它可以实现对文件的 MD5 值计算,需要使用以下命令编译:
本项目同时提供了一个演示样例,它可以实现对文件的 MD5 值计算,需要使用以下命令编译:
```bash
> cmake -DMD5_BUILD_DEMO=ON -Bcmake-build
> cmake --build cmake-build
```
生成一个 8GiB 的空文件用于测试
生成一个 8GiB 的空文件用于测试
```bash
> dd if=/dev/zero of=test.dat bs=1GiB count=8
@ -254,19 +263,21 @@ sys 0m1.252s
+ `MD5_SHARED_LIB` :是否构建为动态库,默认关闭
+ `MD5_ENABLE_LTO` :是否开启LTO优化,默认打开
+ `MD5_ENABLE_LTO` :是否开启 LTO 优化,默认打开
+ `MD5_ENABLE_TESTING` :是否构建项目单元测试,默认关闭
+ `MD5_ENABLE_BENCHMARK` :是否构建性能基准套件,默认关闭
注意,如果您使用 clang 编译器和 ld 链接器,由于 GNU LD 并不认识 LLVM 字节码,需要关闭 LTO 选项才能正常链接,或者您可以增加 `-fuse-ld=lld` 选项切换到 LLVM LLD 链接器
> 注意:如果您使用 Clang 编译器和 ld 链接器,由于 GNU 工具并不认识 LLVM 字节码,需要关闭 LTO 才能正常链接,或者您可以增加 `-fuse-ld=lld` 选项切换到 lld 链接器。普遍情况下,Linux 用户并不建议使用 Clang 编译本项目,在当前的性能基准下,如果未开启 `-march=native` 优化,在 Clang18 与 g++12 的对比中,它通常会落后 20% 左右
普遍情况下,Linux 用户并不建议使用 clang 编译,在本项目的性能基准下,它通常会落后 20% 左右(clang18 vs g++12)。
此外,在构建为动态库时,项目内部的符号将被隐藏,这意味着 strip 以后,仅有以下符号暴露:
此外,在构建为动态库时,项目内部的符号将被隐藏,在 strip 以后,仅有以下符号暴露(其中 `FinalImpl` 在头文件内联):
> 由于部分哈希接口在头文件内联实现,因此 `FinalImpl` 符号将对外暴露。
```bash
> cmake -DMD5_SHARED_LIB=ON -Bcmake-build
> cmake --build cmake-build
> nm -CD ./cmake-build/libmd5sum.so
w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
w __gmon_start__

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