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C++如何实现一个简单的协程_C++协程基础与异步编程实现

冰火之心

发布： 2025-11-22 08:40:02

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C++20协程通过co_await、co_yield、co_return关键字实现函数暂停与恢复，核心组件包括promise_type、coroutine_handle和awaitable对象。示例展示协程创建、暂停及通过句柄恢复执行，适用于异步编程如网络请求，提升代码可读性与效率。

c++如何实现一个简单的协程_c++协程基础与异步编程实现

协程（Coroutine）是C++20引入的重要特性，它允许函数在执行过程中暂停并恢复，非常适合处理异步操作，比如网络请求、文件读写等。与线程不同，协程是用户态的轻量级执行单元，开销更小，调度更灵活。

理解C++协程的基本概念

C++中的协程不是像Python那样通过关键字直接定义，而是通过编译器识别特定函数形式来启用。一个函数只要使用了co_await、co_yield 或 co_return，就会被当作协程处理。

协程的核心组件包括：

Promise Type：控制协程的行为，如返回值、异常处理和暂停逻辑
Coroutine Handle：用于手动管理协程的生命周期和恢复执行
Awaitable/Awaiter：定义可等待对象的行为，决定何时暂停或继续

这些机制由编译器自动生成框架，开发者需要实现部分接口以满足需求。

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实现一个简单的协程示例

下面是一个最简化的协程例子，展示如何创建并运行一个可暂停的协程：

#include <coroutine>
#include <iostream>

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

SimpleTask hello_coroutine() {
   std::cout << "Hello from coroutine\n";
   co_await std::suspend_always{};
   std::cout << "Resumed coroutine\n";
}

int main() {
   auto coro = hello_coroutine();
   // 协程已经执行到 co_await 处暂停
   // 这里可以做其他事情
   return 0;
}

在这个例子中，hello_coroutine 函数开始执行后打印第一行，然后遇到 co_await std::suspend_always{} 暂停。但由于我们没有保存协程句柄，也无法恢复它，所以第二条输出不会被执行。

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如何恢复协程执行

要真正控制协程的暂停与恢复，需要用到 std::coroutine_handle。修改上面的例子，加入句柄管理：

#include <coroutine>
#include <iostream>

struct ResumableTask {
   struct promise_type {
      ResumableTask get_return_object() {
         return {std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)};
      }
      std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
      std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
      void return_void() {}
      void unhandled_exception() {}
   };

   std::coroutine_handle<promise_type> h_;
   explicit ResumableTask(std::coroutine_handle<promise_type> h) : h_(h) {}
   ~ResumableTask() { if (h_) h_.destroy(); }
   void resume() { if (h_ && !h_.done()) h_.resume(); }
};

ResumableTask my_coroutine() {
   std::cout << "Started\n";
   co_await std::suspend_always{};
   std::cout << "Resumed\n";
}

int main() {
   auto t = my_coroutine(); // 创建协程，但尚未运行
   t.resume(); // 第一次恢复：输出 "Started"
   t.resume(); // 第二次恢复：输出 "Resumed"
   return 0;
}

这次我们通过 get_return_object() 返回包含句柄的对象，并提供 resume() 方法来主动恢复执行。注意 initial_suspend 设置为 suspend_always，确保协程创建后处于暂停状态，直到手动恢复。