C++20通过协程实现生成器，利用co_yield暂停函数并返回值，配合promise_type和coroutine_handle管理状态，可构建如斐波那契数列的惰性序列，支持类似Python生成器的惰性求值行为。
C++20 引入了协程（Coroutines）支持，使得我们可以用 co_yield 实现类似 Python 中的生成器（Generator）。通过协程，函数可以暂停执行并返回一个值，之后从中断处继续运行。这种机制非常适合实现惰性求值的序列，也就是“生成器”。
1. 生成器的基本结构
要实现一个生成器，我们需要定义一个返回类型，该类型满足协程的接口要求，通常包括 promise_type、get_return_object、initial_suspend、final_suspend 和 unhandled_exception 等组件。
下面是一个简单的整数生成器示例：
#include <coroutine>
#include <iostream>
struct Generator {
struct promise_type {
int current_value;
// 返回生成器对象
Generator get_return_object() {
return Generator{std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)};
}
// 协程开始时是否挂起
std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
// 协程结束时是否挂起
std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
// 每次 co_yield 后挂起
std::suspend_always yield_value(int value) {
current_value = value;
return {};
}
void return_void() {}
void unhandled_exception() { std::terminate(); }
};
using handle_type = std::coroutine_handle<promise_type>;
explicit Generator(handle_type h) : coro(h) {}
~Generator() {
if (coro) coro.destroy();
}
// 移动构造和赋值
Generator(Generator&& other) noexcept : coro(other.coro) {
other.coro = nullptr;
}
Generator& operator=(Generator&& other) noexcept {
if (this != &other) {
if (coro) coro.destroy();
coro = other.coro;
other.coro = nullptr;
}
return *this;
}
// 删除拷贝操作
Generator(const Generator&) = delete;
Generator& operator=(const Generator&) = delete;
// 检查是否还有值
bool next() {
if (!coro || coro.done()) return false;
coro.resume();
return !coro.done();
}
// 获取当前值
int value() const {
return coro.promise().current_value;
}
private:
handle_type coro;
};2. 使用 co_yield 定义生成函数
有了上面的 Generator 类型后，就可以写一个使用 co_yield 的函数来生成一系列值。
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Generator fibonacci() {
int a = 0, b = 1;
while (true) {
co_yield a;
int tmp = a + b;
a = b;
b = tmp;
}
}这个函数会无限生成斐波那契数列中的每一项。每次调用 co_yield 时，函数会保存状态并返回当前值，下次从下一条语句继续执行。
3. 遍历生成器的值
使用前面定义的 Generator，我们可以像这样遍历前几个斐波那契数：
int main() {
auto gen = fibonacci();
for (int i = 0; i < 10 && gen.next(); ++i) {
std::cout << gen.value() << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}输出结果：
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34
4. 关键点说明
- co_yield 表达式：将值传给生成器，并挂起协程。下次恢复时从它后面继续执行。
-
std::suspend_always / std::suspend_never：控制协程在启动或结束时是否挂起。一般
initial_suspend用suspend_always可以延迟执行，直到第一次 resume。 - promise_type 是核心，它决定了协程的行为。
- 协程句柄（coroutine_handle） 允许外部控制协程的生命周期和执行流程。
基本上就这些。C++ 的协程比 Python 更底层，需要手动管理一些细节，但灵活性更高。一旦封装好 Generator 类，使用起来就很接近传统意义上的生成器了。
