协程通过用户态上下文切换实现轻量级并发，本文基于c++11和ucontext库实现简易协程，展示创建、挂起与恢复机制，利用getcontext、makecontext和swapcontext完成栈隔离与执行流控制，两个协程可交替执行，体现协程核心原理。
协程是一种比线程更轻量的并发编程模型，能够在用户态实现函数的暂停与恢复。C++20 引入了原生协程支持，但理解如何从零实现一个简单的协程库，有助于深入掌握其底层机制。下面介绍基于 C++11+ 的手写协程实现原理，并给出一个简易示例。
协程的基本概念
协程允许函数执行到某一点时暂停，保存当前状态，之后从中断处继续执行。它不同于线程，不依赖操作系统调度，开销小，适合高并发场景。
一个最简协程需要具备：
- 可挂起（suspend）和恢复（resume）的能力
- 上下文切换（context switch）机制
- 状态管理（如是否完成、返回值等）
使用 ucontext 实现上下文切换
注意：ucontext 是 POSIX 标准的一部分，在 macOS 和 linux 上可用，windows 不支持。
我们可以借助 getcontext、setcontext、makecontext 和 swapcontext 来实现协程的跳转。
立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；
核心思路是：
- 每个协程拥有独立的栈空间和上下文（ucontext_t）
- 主函数启动协程时，通过 makecontext 创建执行环境
- 协程运行中可通过 swapcontext 切回主函数或其他协程
简易协程库实现示例
下面是一个极简的协程实现，包含创建、切换与恢复功能：
#include <iostream> #include <ucontext.h> #include <map> #include <functional> #include <cstdlib> class SimpleCoroutine { private: static std::map<int, ucontext_t> coroutines; static int current_id; static ucontext_t main_context; ucontext_t ctx; char* stack; int id; bool is_done; public: SimpleCoroutine(std::function<void()> func) { id = ++current_id; stack = new char[8192]; // 8KB 栈空间 is_done = false; getcontext(&ctx); ctx.uc_stack.ss_sp = stack; ctx.uc_stack.ss_size = 8192; ctx.uc_link = &main_context; // 协程结束回到主上下文 makecontext(&ctx, (void(*)())lambda_wrapper, 1, this); coroutines[id] = ctx; } ~SimpleCoroutine() { delete[] stack; } static void lambda_wrapper(SimpleCoroutine* self) { self->is_done = false; self->run(); self->is_done = true; } void run() { // 模拟协程体 std::cout << "协程 " << id << " 开始执行n"; yield(); // 第一次让出 std::cout << "协程 " << id << " 继续执行n"; yield(); std::cout << "协程 " << id << " 执行结束n"; } void resume() { if (is_done) return; swapcontext(&main_context, &coroutines[id]); } static void yield() { swapcontext(&coroutines[current_id], &main_context); } static void yield(int cid) { swapcontext(&coroutines[current_id], &main_context); } }; // 静态成员定义 std::map<int, ucontext_t> SimpleCoroutine::coroutines; int SimpleCoroutine::current_id = 0; ucontext_t SimpleCoroutine::main_context;使用示例
测试两个协程交替执行：
int main() { getcontext(&SimpleCoroutine::main_context); SimpleCoroutine co1([]{}); // lambda 只是为了占位，实际逻辑在 run 中 SimpleCoroutine co2([]{}); std::cout << "主函数启动协程1n"; co1.resume(); std::cout << "主函数启动协程2n"; co2.resume(); std::cout << "主函数再次恢复协程1n"; co1.resume(); std::cout << "主函数再次恢复协程2n"; co2.resume(); return 0; }输出结果大致为：
主函数启动协程1 协程 1 开始执行 主函数启动协程2 协程 2 开始执行 主函数再次恢复协程1 协程 1 继续执行 主函数再次恢复协程2 协程 2 继续执行原理总结
这个简易协程库的核心在于：
- 每个协程有自己的栈和上下文，通过 ucontext 系列函数管理
- makecontext 将函数绑定到指定上下文和栈上
- swapcontext 实现两个上下文之间的切换
- 协程结束后自动返回主上下文（uc_link 设置）
虽然这只是一个玩具级实现，但它展示了协程的本质：控制流的主动让出与恢复。
基本上就这些。真实生产环境中的协程库（如 Boost.Context、libco）会处理更多细节：异常安全、内存对齐、跨平台兼容、调度器等。但对于理解原理，这个例子足够清晰。