C++20协程是编译器支持的可暂停恢复函数，通过co_await、co_yield、co_return实现异步与生成器模式，提升代码可读性与效率。
协程是C++20引入的一项重大特性，它让异步编程变得更自然、更高效。与传统的回调或Future/Promise模式相比，C++20协outines允许你用近乎同步的代码结构来编写异步逻辑，极大提升了可读性和维护性。
什么是C++20协程？
C++20中的协程并不是语言层面的“绿色线程”，而是一种编译器支持的特殊函数，可以在执行过程中暂停（suspend）和恢复（resume），而不阻塞调用线程。协程的关键在于：它们可以保存当前执行状态，并在之后从中断处继续运行。
一个函数只要使用了以下关键字之一，就会被编译器识别为协程：
- co_await — 用于等待一个异步操作完成
- co_yield — 用于生成一个值并暂停（常用于生成器）
- co_return — 用于从协程中返回结果
协程的基本组成结构
要使用C++20协程，你需要理解三个核心组件：
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- Promise Type：定义协程内部的行为，比如如何处理返回值、异常和初始/最终挂起。
- Coroutine Handle：一个轻量级句柄，用于控制协程的生命周期（如手动恢复）。
- Awaitable 和 Awaiter：支持 co_await 的对象，决定何时挂起和恢复。
此外，编译器会自动生成一些胶水代码，将普通函数转换为状态机形式，实现暂停与恢复。
一个简单的异步任务示例
下面是一个使用协程实现简单延迟任务的例子：
#include <iostream>
#include <coroutine>
#include <thread>
#include <chrono>
<p>struct Task {
struct promise_type {
Task get_return_object() { return {}; }
std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
void return_void() {}
void unhandled_exception() {}
};
};</p><p>Task async_delay(int seconds) {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(seconds));
std::cout << "Waited for " << seconds << " seconds.\n";
}</p><p>int main() {
async_delay(2); // 这里看似同步，实际是协程任务
std::cout << "This runs immediately!\n";
return 0;
}
注意：上面例子中的 sleep_for 是阻塞的，真正的异步应结合事件循环或线程池。这里仅展示语法结构。
使用 co_await 实现非阻塞等待
真正发挥协程优势的是配合可等待对象（awaitable）。例如，你可以定义一个延迟awaiter：
struct DelayAwaiter {
int delay_sec;
bool await_ready() { return false; } // 总是挂起
void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) {
std::thread([h, sec = delay_sec]() mutable {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(sec));
h.resume(); // 延迟结束后恢复协程
}).detach();
}
void await_resume() {}
};
然后在协程中这样使用：
Task my_async_func() {
std::cout << "Start...\n";
co_await DelayAwaiter{3};
std::cout << "After 3 seconds!\n";
}
这实现了真正的异步等待，主线程不会被阻塞。
生成器（Generator）的实现
协程也适用于构建惰性序列生成器。例如：
template<typename T>
struct Generator {
struct promise_type {
T value;
Generator get_return_object() { return Generator(this); }
std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
void return_void() {}
std::suspend_always yield_value(T v) {
value = v;
return {};
}
void unhandled_exception() { std::terminate(); }
};
<pre class="brush:php;toolbar:false;">using handle_type = std::coroutine_handle<promise_type>;
explicit Generator(promise_type* p) : coro(handle_type::from_promise(*p)) {}
T operator()() {
coro.resume();
return coro.promise().value;
}
~Generator() { if (coro) coro.destroy(); }private: handle_type coro; };
Generator // 使用方式
for (auto val : [&]() {
auto gen = range(0, 5);
while (true) {
std::cout 虽然标准库尚未提供原生generator，但通过协程很容易实现。 基本上就这些。C++20协程虽强大，但需要一定学习成本，尤其是对promise和awaiter的理解。不过一旦掌握，就能写出更清晰、高效的异步和惰性求值代码。
