c++20引入协程支持，通过co_await、co_yield、co_return实现异步编程与生成器；核心组件包括promise_type、coroutine_handle和awaiter，需手动管理生命周期并结合编译器支持使用。
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。
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#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。
