C++怎么使用C++20的协程(Coroutine)_C++异步编程模型与co

C++怎么使用C++20的协程(Coroutine)_C++异步编程模型与co_await详解

尼克

发布： 2025-11-24 13:34:02

原创

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C++20引入协程支持，通过co_await、co_yield和co_return实现异步编程与生成器模式。协程为无栈协程，由编译器管理状态，需定义promise_type控制行为。co_await用于挂起等待异步操作完成，自定义awaitable类型需实现await_ready、await_suspend和await_resume。示例展示延迟任务与整数生成器，协程可简化异步流程，避免回调地狱，适用于网络请求、定时任务等场景。生成器模式利用co_yield按需产生值，节省内存。尽管需手动处理promise与生命周期，协程仍显著提升异步代码可读性与效率。

c++怎么使用c++20的协程(coroutine)_c++异步编程模型与co_await详解

C++20引入了原生的协程支持，让异步编程变得更加直观和高效。协程不是简单的函数调用，而是一种可以暂停和恢复执行的函数。通过co_await、co_yield和co_return关键字，C++20实现了对异步操作、生成器等模式的原生支持。下面详细介绍如何使用C++20协程进行异步编程。

协程基本概念与语法

C++20协程是无栈协程（stackless coroutine），其状态由编译器自动生成并管理。一个函数只要包含co_await、co_yield或co_return中的任意一个，就成为协程。

协程返回类型必须满足“可等待”（awaitable）和“可返回”（returnable）的要求，通常需要定义一个带有特定接口的返回类型，例如：

promise_type：定义协程内部行为
get_return_object()：创建返回值对象
initial_suspend()：决定协程启动时是否立即暂停
final_suspend()：决定协程结束时是否暂停
unhandled_exception()：异常处理逻辑

示例：最简单的协程结构

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#include <coroutine>
#include <iostream>
<p>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() {}
};
};</p><p>SimpleTask hello_coroutine() {
std::cout << "Hello from coroutine!\n";
co_return;
}

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使用 co_await 实现异步等待

co_await用于挂起协程直到某个操作完成，常用于异步I/O、定时任务或任务调度中。要使一个类型可被co_await，它必须实现await_ready、await_suspend和await_resume方法。

示例：自定义可等待对象

struct Awaitable {
    bool await_ready() { return false; } // 返回true则不挂起
    void await_suspend(std::coroutine_handle<> handle) {
        // 可以在这里安排恢复时机，比如加入事件循环
        handle.resume(); // 立即恢复（模拟同步）
    }
    int await_resume() { return 42; }
};
<p>SimpleTask async_example() {
int result = co_await Awaitable{};
std::cout << "Received: " << result << "\n";
}

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上面的例子中，await_ready返回false表示需要挂起，await_suspend接收协程句柄并控制何时恢复，await_resume返回最终结果。

协程在异步编程中的应用

协程非常适合替代回调地狱式的异步代码。你可以把复杂的异步流程写成类似同步的形式，提升可读性和维护性。

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常见应用场景包括：

网络请求等待响应
文件读写完成通知
定时器触发
多阶段任务流水线

示例：模拟异步延迟任务

#include <thread>
#include <chrono>
#include <future>
<p>struct DelayAwaiter {
int ms;
bool await_ready() { return false; }
void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) {
std::jthread t([h, ms = ms](std::stop_token st) {
if (st.stop_requested()) return;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(ms));
h.resume();
});
t.detach(); // 注意：生产环境应更安全地管理生命周期
}
void await_resume() {}
};</p><p>SimpleTask delayed_task() {
std::cout << "Start\n";
co_await DelayAwaiter{1000};
std::cout << "After 1 second\n";
}

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这个例子展示了如何通过co_await实现非阻塞延时，协程在等待期间释放线程资源。

协程返回值与生成器模式

除了异步任务，协程也适合实现生成器（generator）。使用co_yield可以在每次调用时产生一个值，并保持局部状态。

示例：整数序列生成器

struct Generator {
    struct promise_type {
        int current_value;
        Generator get_return_object() { return Generator{this}; }
        std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
        std::suspend_always yield_value(int value) {
            current_value = value;
            return {};
        }
        void return_void() {}
        void unhandled_exception() { std::terminate(); }
    };
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">using handle_type = std::coroutine_handle<promise_type>;
explicit Generator(promise_type* p) : coro(handle_type::from_promise(*p)) {}
~Generator() { if (coro) coro.destroy(); }

int value() const { return coro.promise().current_value; }
bool move_next() { 
    if (!coro.done())
        coro.resume();
    return !coro.done();
}

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private: handle_type coro; };

Generator range(int from, int to) { for (int i = from; i < to; ++i) { co_yield i; } }

// 使用方式 void test_generator() { auto gen = range(1, 5); while (gen.move_next()) { std::cout << gen.value() << ' '; } // 输出：1 2 3 4 }

这种生成器避免了构建完整容器的开销，适用于大数据流或无限序列。

基本上就这些。C++20协程虽然强大，但需要手动实现promise和awaiter逻辑，有一定学习成本。不过一旦掌握，就能写出清晰高效的异步代码。注意资源管理和生命周期控制，避免悬空句柄或内存泄漏。配合现代事件循环框架（如liburing、folly等），协程将成为高性能服务端编程的重要工具。

以上就是C++怎么使用C++20的协程(Coroutine)_C++异步编程模型与co_await详解的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！