c++中协程是什么_C++20协程原理与基本用法入门

C++20协程是可暂停恢复的函数，通过co_await、co_yield、co_return实现异步编程；其核心由promise对象、coroutine_handle和awaitable对象构成，需手动管理生命周期，常用于生成器等场景。

C++20 引入了协程（Coroutines），它是一种可以暂停和恢复执行的函数，允许你在函数执行到某个点时挂起，之后从中断的地方继续运行。这不同于普通函数——一旦调用并返回，上下文就丢失了。协程保留了执行状态，适合用于异步编程、生成器、惰性求值等场景。

协程的基本特征

协程不是线程，也不涉及操作系统调度。它是用户态的控制流切换机制，由编译器支持实现。C++20 的协程是无栈协程（stackless），意味着它们不能在任意位置挂起，只能在 co_await、co_yield 或 co_return 处暂停。

一个函数只要包含以下关键字之一，就会被编译器识别为协程：

• co_await：等待一个异步操作完成，期间可挂起
• co_yield：产出一个值后挂起，常用于生成器
• co_return：结束协程并返回结果

协程的核心组件

C++20 协程依赖三个关键部分：promise 对象、coroutine handle 和 awaitable 对象。

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1. Promise 类型

每个协程都有一个关联的 promise 对象，它控制协程的行为，比如如何开始、如何返回值、如何处理异常。你需要在返回类型中定义 promise_type。

示例：简单的 generator

template
struct Generator {
    struct promise_type {
        T value;
        auto get_return_object() { return Generator{this}; }
        auto initial_suspend() { return std::suspend_always{}; }
        auto final_suspend() noexcept { return std::suspend_always{}; }
        void return_void() {}
        auto yield_value(T v) {
            value = v;
            return std::suspend_always{};
        }
        void unhandled_exception() { std::terminate(); }
    };
using handle_type = std::coroutine_handle;

explicit Generator(promise_type* p)
    : coro_(handle_type::from_promise(*p)) {}

~Generator() { if (coro_) coro_.destroy(); }

bool next() {
    if (!coro_ || coro_.done()) return false;
    coro_.resume();
    return !coro_.done();
}

T value() const { return coro_.promise().value; }
private:
handletype coro;
};

2. Awaitable 与 co_await

任何对象只要提供了 await_ready、await_suspend、await_resume 方法，就可以被 co_await 使用。这是实现异步等待的基础。

							

								
								

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例如：
struct Awaiter {
    bool await_ready() { return false; } // 是否立即继续
    void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) { 
        // 可以把 h 存起来，稍后手动 resume
    }
    int await_resume() { return 42; }
};
Generator count_three() {
co_yield 1;
co_yield 2;
co_yield 3;
}
协程的实际使用示例
下面是一个完整的生成器例子，展示如何使用协程逐步返回数值：
#include 
#include 
// 上面的 Generator 定义放在这里
void test_generator() {
auto gen = count_three();
while (gen.next()) {
std::cout << gen.value() << '\n';
}
}
输出结果为：
1
2
3
每次调用 next()，协程从上次挂起点恢复，执行到下一个 co_yield。
协程的生命周期与资源管理
协程启动后，其帧（frame）通常分配在堆上，由运行时管理。你必须确保协程句柄（coroutine_handle）正确销毁，否则会内存泄漏。
initial_suspend 决定协程是否一开始就挂起。若返回 suspend_always，协程创建后不会自动运行，需要手动 resume；若返回 suspend_never，则立即执行。
当协程遇到 co_return 或异常未被捕获时，进入最终挂起点（final_suspend），此时你可以决定是否再次挂起以便清理资源。
基本上就这些。C++20 协程虽然强大，但接口较为底层，需要自己封装常用模式。理解 promise、handle 和 awaitable 的协作方式，是掌握协程的关键。实际项目中推荐结合现有库如 cppcoro 来简化使用。