C++20中的协程(Coroutines)解决了什么问题？(简化异步编程与挂起操作)

C++20协程通过co_await等关键字将异步逻辑显式建模为可挂起的表达式求值，编译器自动生成状态机管理局部变量和控制流，但需注意内存分配、异常安全、调度语义及调试限制。

协程让异步代码写得像同步代码一样自然

传统回调或 std::future 写异步逻辑时，控制流被拆得支离破碎：状态要手动保存、错误要层层传递、资源生命周期难管理。C++20 协程通过 co_await、co_yield、co_return 把挂起/恢复点显式标记出来，编译器自动生成状态机，把堆栈局部变量“冻结”进协程帧（coroutine frame）里——你不用手写状态枚举、switch 分支、上下文指针传递。

co_await 的核心不是“等待”，而是“可挂起的表达式求值”

co_await 不是语法糖，它要求操作数提供 await_ready()、await_suspend()、await_resume() 三个成员函数。这意味着你能控制：什么时候真正挂起、挂起后把控制权交给谁（比如调度器）、恢复时返回什么值。

• 常见误区：以为 co_await some_task 等同于 “等它完成”，其实它可能立刻返回（await_ready() == true），也可能挂起并调用 await_suspend() 去注册回调
• 典型实现中，await_suspend() 返回 void 表示立即挂起；返回 bool 可决定是否继续执行（true 表示已安排好唤醒，当前协程可安全暂停；false 表示不挂起，继续跑）
• 不要在 await_resume() 里抛异常——它运行在恢复上下文中，异常传播路径和普通函数不同，容易导致未定义行为

协程帧内存分配不可忽略，尤其在嵌入式或高频场景

默认情况下，协程帧由 operator new 在堆上分配，且无法被编译器优化掉。这对性能敏感场景（如网络包处理、实时音频）是隐患。

LangChain

一个开源框架，用于构建基于大型语言模型（LLM）的应用程序。

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• 可用 promise_type::get_return_object_on_allocation_failure() 拦截分配失败，但 C++20 标准没强制要求实现该机制，实际依赖编译器支持（如 MSVC 支持，GCC 12+ 部分支持）
• 更可靠的方式是重载 operator new 和 operator delete 在 promise type 中，绑定到对象池或栈内存（需确保生命周期可控）
• Clang/GCC 编译时加 -fsanitize=coroutine 可检测协程帧生命周期误用，比如挂起后 promise 对象已被析构

协程不是万能的，别用它替代线程或简单循环

协程本质是用户态协作式调度，不解决 CPU 密集型任务的并行问题。它适合 I/O 等待、事件驱动、生成器这类“逻辑上需中断、物理上不占 CPU”的场景。

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• 若在 co_await 后面直接跟一个忙等待循环（如 while(!ready) {}），协程不会挂起，反而阻塞整个线程——这违背了协程设计初衷
• 多个协程共享同一线程时，一个协程长时间不 co_await，会饿死其他协程；没有内置抢占机制，必须靠程序员主动让出控制权
• 调试困难：GDB/LLDB 对协程帧的支持仍有限，bt 可能只显示 __builtin_coro_resume，看不到原始调用链

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

task example() {
  std::cout << "before await\n";
  co_await std::suspend_always{}; // 挂起
  std::cout << "after await\n";    // 恢复后才执行
}