C++20协程通过co_await、co_yield、co_return实现轻量级并发。核心组件包括coroutine_handle、promise_type和awaiter。示例中simple_task演示基本协程结构，初始与结束均挂起，需手动resume分阶段执行。generator模板支持co_yield，实现惰性求值的迭代器模式，适用于范围生成等场景。通过自定义promise_type可扩展异步行为。
协程（Coroutine）是一种比线程更轻量的并发编程模型，能够在执行过程中主动挂起和恢复。C++20 正式引入了协程支持，通过关键字 co_await、co_yield 和 co_return 实现异步逻辑的同步写法。下面介绍如何基于 C++20 实现一个简单的协程库，帮助理解其底层机制。
理解协程的基本组件
C++20 的协程依赖三个核心部分：协程句柄（coroutine_handle）、承诺对象（promise_type）和awaiter对象。编译器在遇到 co_await 等关键字时会生成状态机代码，开发者需要提供这些组件的实现来控制协程行为。
一个最简协程类型通常包含：
- promise_type：定义协程内部状态，决定 co_return/co_yield 行为。
- get_return_object()：协程启动时返回给调用者的对象。
- initial_suspend()：协程开始是否立即挂起。
- final_suspend()：协程结束时是否挂起。
- unhandled_exception()：异常处理逻辑。
实现一个简单的 task 协程类型
我们实现一个简易的 task 类型，支持 co_return 并能被等待执行完成。
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示例代码如下：
#include#include struct simple_task { struct promise_type { simple_task get_return_object() { return simple_task{std::coroutine_handle ::from_promise(*this)}; } std::suspend_always initial_suspend() { return {}; } std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; } void return_void() {} void unhandled_exception() {} }; using handle_type = std::coroutine_handle ; explicit simple_task(handle_type h) : coro(h) {} ~simple_task() { if (coro) coro.destroy(); } handle_type coro; }; simple_task hello_coroutine() { std::cout << "Hello, "; co_await std::suspend_always{}; std::cout << "Coroutine!\n"; }
上面代码中，hello_coroutine 函数返回一个 simple_task 对象。它在初始和结束时都挂起，可用于手动恢复执行。
手动调度协程执行
由于我们使用了 std::suspend_always，协程创建后不会自动运行，需要显式 resume。
例如：
int main() {
auto t = hello_coroutine(); // 创建协程，但暂停在初始位置
std::cout << "Before resume\n";
t.coro.resume(); // 恢复执行到第一个挂起点后
t.coro.resume(); // 继续执行到结束
return 0;
}
输出结果为：
Before resume Hello, Coroutine!
这说明协程可以分阶段执行，适合用于异步任务调度。
扩展支持 co_yield 与 generator
若想实现类似 Python 的生成器功能，可定义一个 generator 类型：
templatestruct generator { struct promise_type { T value; generator get_return_object() { return generator{std::coroutine_handle ::from_promise(*this)}; } std::suspend_always initial_suspend() { return {}; } std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; } std::suspend_always yield_value(T v) { value = v; return {}; } void return_void() {} void unhandled_exception() {} }; using handle_type = std::coroutine_handle ; explicit generator(handle_type h) : coro(h) {} ~generator() { if (coro) coro.destroy(); } bool next() { // 移动到下一个值 if (!coro || coro.done()) return false; coro.resume(); return !coro.done(); } T value() { return coro.promise().value; } private: handle_type coro; };
使用方式：
generatorrange(int from, int to) { for (int n = from; n < to; ++n) { co_yield n; } } int main() { for (auto g = range(1, 5); g.next(); ) { std::cout << g.value() << ' '; } std::cout << '\n'; return 0; }
输出：1 2 3 4
这个 generator 支持惰性求值，每次调用 next 才计算下一个值。
基本上就这些。通过自定义 promise_type 和 awaiter，你可以构建出各种协程语义，比如自动销毁、链式调用、future 风格返回等。C++ 协程虽语法复杂，但一旦掌握，就能写出高效且清晰的异步代码。
