std::cout 是否会降低 CPU 使用率？

Question

std::cout 是否会降低 CPU 使用率？

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我正在运行一个用C++编写的程序，其中CPU使用率是一个重要因素，一直在努力降低它，直到我遇到了一个意外的异常。该程序使用std::cout语句来查看性能，在删除该语句后，Windows资源监视器中程序的CPU使用情况会在4-6秒间隔的1秒内急剧上升。

如果保留std::cout语句，程序将平稳地以0-2%的CPU使用率运行，没有任何波动。而删除std::cout语句后，程序以0-2%的CPU使用率运行，但4-6秒间隔的CPU使用情况会在Windows资源监视器中高达25%。

有趣的是，增加输出字符串的大小会减少CPU峰值的高度，而减小字符串的大小则会增加CPU峰值的高度。

这是相关的代码：

float engineCompletionTime = engineTimer->getEngineCompletionTime();

/* Stops CPU from spiking */
std::cout << "Engine cycle took " << engineCompletionTime << " milliseconds." << std::endl;

if (engineCompletionTime < 14.0f) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds((int)(14.0f - engineCompletionTime)));
}

编辑：非常感谢您的初步回应，但需要明确的是：

当std::cout代码行在程序中时，CPU不会出现峰值。

当std::cout代码行不在程序中时，CPU会出现峰值。

随着由std::cout打印的字符串大小增加，CPU峰值的大小会减少。

- Dark Soul

std::cout 是一种 I/O 操作，因此需要硬件中断以通知完成，因此相对需要更长的时间。我认为这就是你所说的峰值。实际上，它并不占用 CPU 周期，但会阻塞 CPU 并等待 I/O 操作完成。 - Ali Tavakol

尝试将std::endl更改为'\n'。使用endl会刷新缓冲区，如果在循环中频繁使用，可能会导致I/O成为瓶颈。 - Jonathon K

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“Windows Resource Monitor”通常是一个可怕的工具，用来衡量单个小应用程序的CPU使用率（在数百个潜在的Windows服务中运行，随时可能唤醒）。通常最好使用分析器来发现代码中可以进一步优化的任何区域。 - David C. Rankin

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通过打印引擎完成时间，您正在破坏量子叠加。虽然问题有点混乱：首先您说只有在不打印时才观察到CPU峰值，但接着您又说当打印更大的字符串时峰值会变小。 - Denis Tulskiy

考虑到在打印字符串时没有 CPU 性能峰值，那么字符串的大小如何影响这个不存在的性能峰值的大小呢？ - JaMiT

不包括它会导致峰值在25%的CPU使用率处。添加它会根据输出字符串的大小降低CPU使用率。当输出的字符串大小与上述代码中输出的大小相同时，没有观察到明显的峰值。 - Dark Soul

2个回答

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std::cout并不是特别高效（尤其在Win32上！），强制使用std::endl刷新并不能帮助解决问题 :) 通常最好自己跟踪这些日志消息，并且：完成后写入文件，每隔N次打印一次cout的平均值，或者在最后打印一个简化的摘要。

- robthebloke

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可以查看英文原文，
原文链接

- Alecto Irene Perez · Accepted Answer

根据具体实现，向 std::cout 写入数据基本上涉及短暂地将控制权移交给操作系统，然后由操作系统将数据发送到终端。这在 Windows 上不是最快的过程，并且在此期间程序基本上处于空闲状态。要处理的 std::cout 数据越多，延迟时间就越长，因此程序花费的时间也越多。

如果程序花费大量时间等待输入（无论是来自另一个程序、键盘或鼠标、GUI 的“重绘屏幕”信号、操作系统还是文件系统），则其 CPU 使用率较低。基本上，CPU 使用率表示程序处于等待状态的时间所占比例。

如果程序的唯一任务是处理大量传入的数据，而没有延迟，则它根本不应该等待，如果有高 CPU 使用率也是可以接受的。另一方面，如果你有一个需要等待用户输入的程序（例如交互式应用程序），高 CPU 使用率可能会成为问题，因为这意味着即使用户没有进行任何操作，程序仍然在执行大量工作。

通常，使程序更有效率将解决这个问题。

其他导致高 CPU 使用率的原因还包括：如果您在紧密循环中检查是否发生了某些事情，而不是使用事件处理，这将导致高 CPU 使用率，因为即使程序正在等待某些事情发生，它也会主动进行检查。这就像每隔三分钟检查包裹是否到达门口，而不是等待门铃响起。如果您每隔三分钟检查一次，即使只是在等待，也会做很多工作。但是如果您只是等待门铃响起（使用事件处理），则实际上没有进行任何工作。