c++协程(coroutine)怎么用_c++20协程入门与应用【前沿技术】

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c++20协程核心是设计可挂起的异步操作流程,提供函数暂停/恢复机制,不自动并发,需手动调度;依赖promise_type、co_await、co_yield三组件,适用于异步I/O、生成器等场景。

c++协程(coroutine)怎么用_c++20协程入门与应用【前沿技术】

用 C++20 协程,核心不是“写协程”,而是“设计可挂起的异步操作流程”——它不自动并发,也不替代线程,而是提供一种 函数可暂停/恢复 的底层机制,让你能自然表达异步逻辑(比如网络请求、状态机、生成器),同时把调度权交给你自己。

一、先搞懂三个关键组件:promise_type、co_await、co_yield

C++20 协程不是新语法糖,而是一套编译器支持的协作式机制,依赖三部分配合:

  • promise_type:每个协程对象内部隐式关联一个 promise 对象,负责管理协程生命周期、决定如何挂起/恢复、返回什么给调用方。你必须在协程返回类型中嵌套定义它(或使用已有实现如 std::generatortask<t></t>)。
  • co_await:让当前协程在某个“可等待对象”(awaiter)上挂起。挂起前调用 await_ready() 判断是否需真挂起;若需,则调用 await_suspend() 注册恢复逻辑(比如投递到线程池);恢复时执行 await_resume() 返回值。
  • co_yield:专用于生成器(generator)场景,等价于 co_await promise.yield_value(value),把值“产出”并挂起,下次恢复时继续往后走。

二、从一个最简 task 示例开始(无第三方库)

下面是一个手动实现的轻量 task<int></int>,支持 co_await 和返回值:

struct task {   struct promise_type {     int value_;     task get_return_object() { return {}; }     std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }     std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }     void return_value(int v) { value_ = v; }     void unhandled_exception() { std::terminate(); }   }; };

然后这样用:

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task my_coro() {   co_await std::suspend_always{}; // 挂起一次   co_return 42; // 设置 promise.value_ 并结束 }

⚠️注意:这只是一个骨架。真正可用的 task 还需支持 co_await 其他 task、异常传播、内存分配控制(比如用 operator new 分配协程帧)。建议初期直接用 cppcoroFolly 的现成 task 类型。

三、典型应用场景怎么写

① 异步 I/O 封装(如读文件)
不直接 await 系统调用,而是封装为 awaiter:

  • 定义一个 async_read_file 函数,返回自定义 awaitable 对象;
  • await_suspend 把回调注册到 io_uring 或 epoll;
  • 就绪后调用 resume() 恢复协程,await_resume() 返回读到的数据。

② 生成器(generator)
C++23 标准已带 std::generator<t></t>,C++20 可用 cppcoro 的 generator<t></t>

cppcoro::generator<int> fib() {   int a = 0, b = 1;   while (true) {     co_yield a;     auto next = a + b;     a = b; b = next;   } } // 使用: for (int x : fib()) {   if (x > 100) break;   std::cout << x << " "; }

③ 状态机 / 游戏逻辑
把每帧更新、等待动画完成、条件分支等写成协程,比手写 state enum + switch 清晰得多:

task animate_sprite() {   sprite.set_state("walk");   co_await delay_ms(2000); // 挂起2秒   sprite.set_state("jump");   co_await wait_for_animation("jump"); // 等待动画事件   co_return; }

四、避坑提醒:协程不是银弹

✘ 不等于多线程:协程默认在同一线程串行调度,要并发得自己配线程池或 Event loop。
✘ 不自动管理内存:协程帧(保存局部变量+状态)默认分配,忘了 delete 或没正确处理异常会导致泄漏。
✘ 调试困难是碎片化的,gdb/lldb 对协程支持有限,建议搭配日志或专用调试工具(如 VS2022 的协程可视化)。
✘ 编译器支持需开启:Clang 13+/GCC 10+/MSVC 2019 16.11+,且需加 -std=c++20 -fcoroutines(GCC/Clang)或 /std:c++20 /await(MSVC)。

基本上就这些。协程的价值不在“炫技”,而在把嵌套回调、状态变量、中断恢复这些琐碎逻辑,重新拉回直觉化的顺序代码流里。入门建议从 cppcoro::generatorcppcoro::task 开始写几个小例子,跑通再深挖 promise 细节。

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