C++如何实现协程_C++20 coroutine基础语法与co_await/co_yield入门

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C++如何实现协程_C++20 coroutine基础语法与co_await/co_yield入门

2025-12-01

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C++20协程通过co_await、co_yield、co_return实现暂停与恢复，需返回类型含promise_type以控制行为，如用co_yield构建生成器range(from, to)逐次产出值。

c++如何实现协程_c++20 coroutine基础语法与co_await/co_yield入门

C++20 引入了原生的协程支持，让异步编程变得更加直观。协程是一种可以暂停和恢复执行的函数，它不同于普通函数，不会一次性运行到底，而是在某些点上“挂起”，之后可以从挂起点继续执行。

协程的基本概念

在 C++20 中，协程通过三个关键词标识：

co_await：用于等待一个可等待对象（awaiter），执行到此处时可能挂起协程。
co_yield：将一个值“产出”并挂起协程，常用于生成器场景。
co_return：结束协程，并可返回结果或通知完成。

只要函数体内包含上述任意一个关键字，该函数就被视为协程，编译器会自动生成相应的状态机代码来管理其挂起与恢复逻辑。

协程返回类型要求

要使一个函数成为合法协程，其返回类型必须满足特定条件，即定义了 promise_type 内嵌类型。这个 promise_type 负责控制协程的行为，比如初始化、返回值处理、异常处理和最终清理。

例如，我们定义一个简单的生成器返回类型：

struct Generator {
    struct promise_type {
        int current_value;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>    // 协程开始前调用
    std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
    // 协程结束后是否挂起
    std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
    // 设置返回值
    Generator get_return_object() { return Generator{this}; }
    // co_return 时调用
    void return_void() {}
    // 处理未捕获异常
    void unhandled_exception() { std::terminate(); }

    // 支持 co_yield value
    std::suspend_always yield_value(int value) {
        current_value = value;
        return {};
    }
};

// 其他成员：构造、迭代接口等略

private: promise_type* p; };

使用 co_yield 实现生成器

利用上面定义的 Generator 类型，我们可以写一个能逐步产生数值的协程：

Generator range(int from, int to) {
    for (int i = from; i < to; ++i) {
        co_yield i; // 暂停并返回当前值
    }
}

每次调用 co_yield 时，协程会保存当前状态并挂起，直到被外部恢复。这非常适合实现惰性序列，如范围迭代器、数据流等。

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使用 co_await 等待异步操作

co_await 用于等待一个“可等待”（awaitable）对象。如果该对象表示的操作已完成，则不挂起；否则协程暂停，直到被唤醒。

简单示例：等待一个总是立即完成的对象：

struct ImmediateAwaiter {
    bool await_ready() { return true; }  // 立即完成
    void await_suspend(std::coroutine_handle<>) {}
    int await_resume() { return 42; }
};
<p>Generator example() {
int val = co_await ImmediateAwaiter{};
co_yield val; // 输出 42
}</p>

更复杂的 awaiter 可以注册回调，在 I/O 完成后恢复协程句柄，实现真正的异步非阻塞行为。