C++程序CPU使用率探讨

前言

一般好的软件程序是不应该占用太多CPU时间和内存空间的，一般在自己的学习过程中，我们常常忽略这一点，虽然功能实现没有问题，但是程序占用太多CPU时间，这在实际开发中是不允许的，一个好的程序员也应该注意这个问题。本文就CPU使用率问题做一些简单介绍，为开发稳定健壮的程序提供参考。

简单例子

#include <iostream>
using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	while (1)
	{

	}

	system("pause");
	return 0;
}

在任务管理器中可以看到该程序的CPU使用率：

本次程序在双核Windows 64位系统下测试，也就是说 该程序占用了一半的CPU 。这个很容易理解，while循轮询CPU时间太快，CPU需要不断响应，造成很高的CPU使用率。很多时候我们想到在while循环中让程序休息一下，代码如下：

#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	while (1)
	{
		Sleep(1);
	}

	system("pause");
	return 0;
}

在任务管理器中可以看到该程序的CPU使用率：

这样可以看到让程序休息一会，占用CPU的使用时间就大为减少，这样对于一些实时性要求不是很高的程序，这样处理是可以的。

单线程测试

前面的例子有点简单，在实际应用中，这个问题多体现在多线程中。先写个单线程测试：

 #include <windows.h>
#include <process.h>
#include <iostream>
using namespace std;

unsigned __stdcall ThreadFunc(void* pArguments)
{
	// 执行线程任务
	while (1)
	{
		cout << "thread is running..." << endl;
	}

	// 中止线程
	_endthreadex(0);
	return 0;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	HANDLE hThread;

	// 启动线程
	hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, &ThreadFunc, NULL, 0, NULL);

	// 等待线程完成
	WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);

	// 关闭线程句柄
	CloseHandle(hThread);

	system("pause");
	return 0;
}

在任务管理器中可以看到该程序的CPU使用率：

如果把下面语句注释掉：

unsigned __stdcall ThreadFunc(void* pArguments)
{
	// 执行线程任务
	while (1)
	{
		//cout << "thread is running..." << endl;
	}

	// 中止线程
	_endthreadex(0);
	return 0;
}

会发现CPU使用率又达到50%，综合前面，可以看出， 让线程输出或者Sleep可以大大减少占用CPU时间，其中Sleep效果更优 。

多线程测试

#include <windows.h>
#include <process.h>
#include <iostream>
using namespace std;

unsigned __stdcall ThreadFunc(void* pArguments)
{
	// 执行线程任务
	while (1)
	{
	}

	// 中止线程
	_endthreadex(0);
	return 0;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	const int nThreadNum = 20;
	HANDLE hThread[nThreadNum];

	// 启动线程
	for (int i = 0; i < nThreadNum; ++i)
	{
		hThread[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, &ThreadFunc, NULL, 0, NULL);
	}
	
	// 等待线程完成
	for (int i = 0; i < nThreadNum; ++i)
	{
		WaitForSingleObject(hThread[i], INFINITE);
	}

	// 关闭线程句柄
	for (int i = 0; i < nThreadNum; ++i)
	{
		CloseHandle(hThread[i]);
	}

	system("pause");
	return 0;
}

在任务管理器中可以看到该程序的CPU使用率：

可见，这几乎占据了CPU的所有时间，系统卡住了。可见，在多线程中，while循环的使用更需要谨慎。

同样我们让每个线程都输出，结果得到优化：

 cout << "thread is running..." << endl;

同样我们让每个线程都睡眠1ms，结果更化：

至此，我们可以总结一下，对于实时性要求不是很高的程序，我们在使用while循环的时候要让执行体睡眠或者输出都可以大大减少程序占用CPU时间，但睡眠效果更优，但许多时候不需要输出，所以睡眠是一种不错的选择。

但是睡眠也要注意：对于实时工作线程，睡眠1ms为佳；对于主线程（通常为控制台界面线程），为了保持运行，一般在main函数中加入while循环，在while里面sleep多久虽然理论上是一样的，但为了让每个sleep运行一点，个人习惯使用Sleep(10000).