c++20的协程(coroutine)怎么使用_c++协程语法与异步编程实战

尼克

发布： 2025-10-31 09:10:02

原创

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C++20协程是用户态轻量级函数，通过co_await、co_yield、co_return实现暂停与恢复。核心组件包括协程句柄、promise_type、awaiter和返回类型约定。使用await_ready、await_suspend、await_resume定义可等待对象。通过自定义Task和DelayAwaiter可实现异步延迟，适用于网络IO、生成器等场景。关键在于理解各组件协作机制。

c++20的协程(coroutine)怎么使用_c++协程语法与异步编程实战

C++20 的协程是语言原生支持的异步编程特性，它让编写异步代码像写同步代码一样直观。协程不是线程，也不依赖操作系统调度，而是用户态的轻量级“函数”，可以在执行过程中暂停（suspend）和恢复（resume）。要真正用好 C++20 协程，必须理解其核心组件：协程句柄、promise 对象、awaiter 和返回类型约定。

协程的基本语法结构

一个函数成为协程，只要它内部使用了 co_await、co_yield 或 co_return 三个关键字之一。编译器会将该函数转换为状态机。

auto my_coroutine() {
co_return 42;
}

上面这个函数就是一个最简单的协程。虽然没做实际异步操作，但它已经是协程了，因为用了 co_return。

实现一个可等待对象（Awaiter）

要让协程能被 await，需要定义满足“可等待”（awaitable）概念的对象。一个 awaitable 类型必须提供以下方法：

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bool await_ready()：决定是否需要暂停。返回 true 表示无需挂起，直接继续执行。
void await_suspend(std::coroutine_handle h)：协程挂起时调用，传入当前协程句柄，通常用于注册回调或调度。
T await_resume()：协程恢复后调用，返回值会成为 co_await 表达式的结果。

struct suspend_always {
   bool await_ready() { return false; }
   void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) { / 挂起 / }
   void await_resume() {}
};

这是标准库中定义的 std::suspend_always，常用于调试或控制流程。

定义协程返回类型与 Promise

协程的返回类型必须包含一个嵌套的 promise_type，它决定了协程的行为，比如初始挂起点、最终挂起点、异常处理等。

struct Task {
   struct promise_type {
     Task get_return_object() { return {}; }
     std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
     std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
     void return_void() {}
     void unhandled_exception() {}
   };
};

上面定义了一个极简的 Task 类型，可用于异步任务封装。initial_suspend 返回 suspend_always 表示协程创建后立即挂起，直到被显式恢复。

实战：实现一个简单的异步延迟协程

下面是一个模拟异步延时的协程例子，使用 co_await 实现非阻塞等待。

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include <coroutine>

include <iostream>

include <thread>

include <chrono>

struct DelayAwaiter {
   int ms;

   bool await_ready() { return false; }

   void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) {
     std::thread([h, ms = ms] {
       std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(ms));
       h.resume(); // 延迟结束后恢复协程
     }).detach();
   }

   void await_resume() {}
};

Task delay(int ms) {
   co_await DelayAwaiter{ms};
   std::cout << "Delayed " << ms << "ms\n";
}