C++20 协程：异步编程新范式

理解协程的基本概念、co_await、co_yield和co_return的用法，并构建简单的生成器。 · 难度：入门 · +15XP

协程简介

C++20协程是一种可暂停和恢复的函数，无需线程切换即可实现异步。协程通过三个新关键字实现：co_await、co_yield和co_return。

协程的基本结构

一个协程必须包含一个承诺对象（promise type）和一个可等待体（awaitable）。最简单的例子是生成器。

#include <coroutine>
#include <iostream>
#include <exception>
struct Generator {
    struct promise_type {
        int current_value;
        std::suspend_always yield_value(int value) {
            current_value = value;
            return {};
        }
        std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
        Generator get_return_object() { return Generator{this}; }
        void return_void() {}
        void unhandled_exception() { std::terminate(); }
    };
    
    using handle_type = std::coroutine_handle<promise_type>;
    handle_type coro;
    
    explicit Generator(promise_type* p) : coro(handle_type::from_promise(*p)) {}
    ~Generator() { if (coro) coro.destroy(); }
    
    bool next() {
        coro.resume();
        return !coro.done();
    }
    int value() { return coro.promise().current_value; }
};
Generator range(int start, int end) {
    for (int i = start; i < end; ++i)
        co_yield i;
}
int main() {
    auto gen = range(1, 5);
    while (gen.next())
        std::cout << gen.value() << ' ';
}

co_await 与可等待体

co_await用于暂停协程直到某个操作完成。标准库提供std::suspend_always和std::suspend_never。

练习提示

修改上述生成器，使其支持co_yield输出斐波那契数列的前N项。注意管理协程句柄的生命周期。