C++20 引入了原生的协程支持，这是一种语言级别的特性，允许函数在执行过程中暂停并恢复，而无需阻塞线程。这为异步编程、生成器、状态机等场景提供了更简洁、高效的实现方式。要使用 C++20 协程，需要理解其核心机制和基本组件。
协程的基本概念与关键组件
一个 C++20 协程函数必须包含以下关键字之一：co_await、co_yield 或 co_return。一旦函数中出现这些关键字，编译器就会将其识别为协程，并生成相应的状态机代码。
协程的核心依赖于三个关键部分：
- promise_type：定义协程内部行为，如返回值如何处理、异常如何传播、初始/最终挂起点等。
- handle（coroutine_handle）：用于手动控制协程的生命周期，比如恢复（resume）或销毁（destroy）。
- awaiter：由 co_await 表达式调用的对象，决定是否挂起、何时恢复。
简单示例：实现一个同步生成器
下面是一个使用 co_yield 实现的整数序列生成器，模拟 python 中的生成器行为。
立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；
#include <iostream> #include <coroutine> #include <vector> struct Generator { struct promise_type { int current_value; std::suspend_always initial_suspend() { return {}; } std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; } Generator get_return_object() { return Generator(std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)); } void return_void() {} std::suspend_always yield_value(int value) { current_value = value; return {}; } void unhandled_exception() { std::terminate(); } }; std::coroutine_handle<promise_type> handle; explicit Generator(std::coroutine_handle<promise_type> h) : handle(h) {} ~Generator() { if (handle) handle.destroy(); } int value() const { return handle.promise().current_value; } bool move_next() { if (!handle.done()) handle.resume(); return !handle.done(); } }; Generator range(int from, int to) { for (int i = from; i < to; ++i) { co_yield i; } } int main() { auto gen = range(1, 6); while (gen.move_next()) { std::cout << gen.value() << ' '; } // 输出: 1 2 3 4 5 }
这个例子中，range 是一个协程函数，每次调用 co_yield 时都会暂停，并保存当前状态。外部通过 move_next() 恢复执行，直到完成。
异步任务示例：使用 co_await 模拟延迟操作
协程也适用于异步任务建模。虽然 C++20 标准库未提供完整的异步框架（如 awaitable 网络 I/O），但我们可以自定义简单的 awaiter 来演示机制。
#include <iostream> #include <coroutine> #include <thread> #include <chrono> struct Awaiter { bool await_ready() { return false; } // 总是挂起 void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) { std::thread([h]() mutable { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); h.resume(); // 1秒后恢复 }).detach(); } void await_resume() {} }; 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() { std::terminate(); } }; }; Task async_work() { std::cout << "开始异步工作...n"; co_await Awaiter{}; std::cout << "工作完成!n"; } int main() { async_work(); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2)); // 等待完成 }
这里 co_await Awaiter{} 使协程挂起，新线程延时 1 秒后调用 handle.resume() 恢复协程继续执行。
编译与注意事项
要启用 C++20 协程，需确保：
- 使用支持 C++20 的编译器（如 GCC 10+、Clang 12+、MSVC 2019 v16.11+）
- 开启 C++20 标准：添加编译选项 -std=c++20
- 协程不自动管理资源，注意避免内存泄漏（尤其是 handle 的 destroy 调用）
- 标准库目前仅提供基础类型（如 coroutine_handle），高级抽象需自行构建或使用第三方库（如 libunifex、cppcoro）
基本上就这些。C++20 协程机制灵活但底层，掌握 promise_type 和 awaiter 是关键。实际项目中建议结合成熟库来简化开发。