C++20的协程有哪些应用场景 理解co_await和生成器实现

c++20协程通过co_await和生成器实现异步编程与惰性求值。1. 异步网络请求中，co_await暂停协程直到结果就绪，使异步代码具备同步风格；2. 生成器模式通过co_yield按需产出数据，需自定义generator类和promise_type；3. 状态机简化通过co_await分阶段执行，提升逻辑清晰度与可维护性。协程以低切换成本提供高级抽象，适合高性能且需避免回调地狱的场景。

C++20引入了协程（Coroutines）特性，虽然看起来有点复杂，但它的应用场景其实挺多的。尤其在异步编程、惰性求值、流式处理等场景下，协程能带来更清晰的代码结构和更好的可维护性。

下面我们就来看看几个常见的使用场景，并重点讲讲

co_await

异步网络请求：让异步代码写得像同步一样

这是协程最典型的应用之一。比如你在做网络请求时，传统的做法是用回调函数或者future链式调用，代码逻辑容易变得绕来绕去。

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而用了协程之后，你可以写出类似同步风格的异步代码：

Task fetch_data(std::string url) {
    auto response = co_await http_client.get(url);
    co_return response.body();
}

这里的关键在于

co_await

几点需要注意：

• 需要配合一个任务类型（如

  Task

  ）和调度器来运行协程。

• co_await

  后面的对象必须满足awaiter协议，也就是要有

  await_ready

  ,

  await_suspend

  ,

  await_resume

  这几个方法。
• 协程不是线程，它本质上是用户态的轻量级“函数”，切换成本比线程低得多。

生成器模式：按需产出数据

另一个常见用途是实现生成器（generator），用来按需产生数据，比如遍历一个很大的集合或者读取文件行。

C++20本身并没有内置的生成器类型（像Python的yield那样），但可以用协程模拟出来：

generator range(int start, int end) {
    while (start < end) {
        co_yield start++;
    }
}

这里的

co_yield x;

co_await yield_value(x);

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要实现这样的生成器，你需要定义：

• 一个生成器类模板，继承自

  std::coroutine_traits

  的promise_type。
• promise_type中需要定义

  yield_value()

  方法，用于保存当前值。
• 还有

  initial_suspend()

  和

  final_suspend()

  控制协程的启动和结束行为。

这种生成器特别适合：

• 惰性求值，比如处理无限序列。
• 节省内存，避免一次性加载大量数据。
• 和range-based for循环配合使用非常自然。

状态机简化：替代手写的复杂状态逻辑

很多程序内部都需要维护状态机，比如解析协议、处理事件流程等。传统方式是靠一堆if/else或switch语句，状态转移难维护。

协程可以天然地表示状态转移——每调用一次

co_await

举个例子，假设你要做一个分阶段初始化的组件：

Task initialize_component() {
    co_await load_config();
    co_await connect_database();
    co_await warm_up_cache();
}

每个步骤都可以返回一个等待完成的状态对象，协程会在每一步完成后自动恢复执行。

这种方式的好处：

• 逻辑清晰，每个阶段独立封装。
• 错误处理统一，可以在协程里统一捕获异常。
• 更容易调试，因为代码顺序就是执行顺序。

小结一下

C++20协程的强大之处在于它可以让你用同步的方式写出异步的逻辑，同时还能支持生成器、状态机等高级抽象。虽然学习曲线陡了一点，尤其是要自己实现promise和awaiter部分，但一旦掌握，就能写出更简洁、可维护的代码。

如果你对性能要求高、又不想陷入回调地狱，协程是个值得投入时间的方向。

基本上就这些。