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C++中的co_yield是什么?(如何实现一个无限序列生成器)

冰火之心

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发布时间:2026-02-17 17:14:53

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来源于php中文网

原创

co_yield 是协程挂起点而非返回语句,它暂停执行并交出值,保留局部变量和栈帧以支持状态机式数据流;必须在含 promise_type 的协程函数中使用,且 yield_value 等接口缺一不可。

c++中的co_yield是什么?(如何实现一个无限序列生成器)

co_yield 是协程挂起点,不是返回值语句

它让协程暂停执行并把值“交出去”,但不结束协程——下次恢复时从 co_yield 后面继续。这和 return 或普通函数返回有本质区别:协程状态(局部变量、栈帧)被保留,适合做状态机式的数据流生成。

常见错误是把它当 yield(Python)或 yield return(C#)来用,结果发现编译不过或行为异常——C++ 要求函数声明为协程,必须有 promise_type,且返回类型得支持 co_yield 操作。

  • 必须在返回类型含 promise_type 的协程函数里使用,比如自定义的 generator<t></t>
  • 不能在普通函数、lambda(除非显式标注 operator co_await)、或未实现 yield_value 的 promise 里用
  • 每次 co_yield 都会调用 promise 的 yield_value,你得自己处理值的存储与传递逻辑

实现 generator 必须补全 promise_type 接口

标准库没提供 generator,得手写。核心是让返回类型(如 generator<int></int>)内部嵌套的 promise_type 实现 get_return_objectinitial_suspendfinal_suspendunhandled_exceptionyield_value —— 少一个,co_yield 就报错。

典型错误现象:error: use of undeclared identifier 'co_yield'no member named 'yield_value' in 'generator<int>::promise_type'</int>,往往是因为漏了 yield_value 或返回对象构造不对。

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  • yield_value(T&& v) 必须返回 std::suspend_alwaysstd::suspend_never,决定是否挂起
  • get_return_object() 返回的是协程 handle 可操作的对象(比如含 iteratorgenerator 实例)
  • initial_suspend 设为 std::suspend_always,避免协程一启动就跑完;final_suspend 也建议设为 std::suspend_always,方便外部控制生命周期

无限序列生成器的关键:用 co_yield + while(true) 控制流

无限序列不是靠“多分配内存”实现的,而是靠协程每次只算一个值、挂起、等下次请求再算下一个。内存占用恒定,和序列长度无关。

容易踩的坑是把计算逻辑写在协程外,或者在 co_yield 后没更新状态变量,导致反复 yield 同一个值。比如想生成斐波那契,却忘了在 co_yield 后交换 ab

  • 状态变量(如计数器、上一项值)必须是协程函数的局部变量,才能跨挂起保留
  • 别在循环里直接 co_yield i++,而应先算值再 co_yield,否则可能因挂起时机导致副作用顺序错乱
  • 示例片段:
    generator<int> ints_from(int start) {
        for (int i = start;; ++i) {
            co_yield i; // 每次挂起,下次从 ++i 开始
        }
    }

迭代 generator 时要注意 operator++ 的 suspend 行为

generator 对象本身不保存迭代位置,它的 iterator 类型才管这个。每次 ++it 实际触发协程 resume,执行到下一个 co_yield 或结束。如果协程已结束,it == end()

常见问题:循环中意外提前退出,或卡死——多半因为没检查 it != gen.end() 就解引用;或者协程抛异常但 unhandled_exception 没处理,导致未定义行为。

  • 务必用 for (auto x : gen) 或显式比较 it != gen.end(),不能假设 generator 支持随机访问
  • 若生成逻辑可能失败(比如 I/O、分配失败),unhandled_exception 必须 rethrow 或记录,否则崩溃无提示
  • 性能上,每次 ++it 有 resume/suspend 开销,比数组遍历慢,但换来的是零内存预分配
协程的栈帧管理、promise 生命周期、以及 iterator 与 handle 的绑定关系,是调试 generator 行为异常时最常卡住的地方。这些不体现在语法糖里,但改错时几乎都绕不开。

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