C++ 20 协程 Coroutine

C++ 20有一个新玩意，协程。这玩意对C++的未来可能是重要一环，也会是让C++成为服务器编程有力工具。,对C++20的协程，最简单的理解协程是可以重入的特殊函数。就是这个函数在执行的过程，可以（通过co_await ,或者co_yield）挂起，然后在外部（通过coroutine_handle）恢复运行。,我测试的代码都是在Visual studio 2022上运行的。据说GCC 10.0 也已经支持。,首先再次强调，C++ 20的协程是一个特殊函数。只是这个函数具有挂起和恢复的能力，可以被挂起（挂起后调用代码继续向后执行），而后可以继续恢复其执行。如下图：,,如图所示，协程并没有一次执行完成，可以被反复挂起，挂起后可以恢复到挂起的点继续运行。,那我们来看看C++ 20 协程的一些特点和用途。,首先，C++ 20 协程是一个无栈（stackless）的协程。同时，C++ 20 协程是非对称的协程，和Linux传统的Context Switch有区别。更像Windows的纤程。和C#的协程也比较相像，毕竟是微软的提案。,传统的Context Switch是有栈协程，你可以认为Context 协程都是运行在栈上，Context 协程的切换就是切换栈。同时因为其是有栈协程。切换是对称的，都是栈切换。你可以从主线程上切换为另外一个Context 协程栈，也可以从一个Context 协程切换为主线程，也可以Context 协程之间切换。Context 协程的状态也就是保存在栈上。,C++ 20的协程可以用来干啥呢？和大部分协程用途类似，就是异步编程用的。看图1就可以明白，每次一次协程的挂起都可以视为协程进入一个等待状态，比如请求一个网络，需要HTTP get一个文件，然后对文件进行分析。那么就可以用协程来包装整个处理，在发起HTTP请求后，挂起协程（处理其他事情），等待应答或者超时后，再恢复协程的运行。,但不足的是目前C++ 20的协程才是一个开始，说实话，目前的协程只提供基本框架，写起来并不舒服。C++目前在IO方面，特别是网络IO方面还不完善。需要一个大量异步IO库，才能用好C++ 20协程。,如果C++ 20的协程周边更加完整，也许C++又能在服务器编程这块能重新面对Go这类语言的威胁。,C++的协程（协程函数）内部可以用co_await , co_yield.两个关键字挂起协程，co_return,关键字进行返回。,co_await,co_await调用一个awaiter对象（可以认为是一个接口），根据其内部定义决定其操作是挂起，还是继续，以及挂起，恢复时的行为。其呈现形式为,cw_ret 记录调用的返回值，其是awaiter的await_resume 接口返回值。,co_await 相对比较复杂，后面开一章详细讲。,co_yield,挂起协程。其出现形式是,cy_ret会保存在promise承诺对象中（通过yield_value函数）。在协程外部可以通过promise得到。,co_return,协程返回。其出现形式是,cr_ret会保存在promise承诺对象中（通过return_value函数）。在协程外部可以通过promise得到。要注意，cr_ret并不是协程的返回值。这个是有区别的。,C++ 的编译器如何识别协程函数呢？是通过函数返回值。C++ 协程函数的返回类型有要求，返回类型是result ，而result里面必须有一个子类型承诺对象（promise），呈现为Result::promise_type。承诺对象（promise）是一个接口，里面实现get_return_object等接口。而通过std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise( promise& p )这个静态函数，我们可以得到协程句柄（coroutine handle）。而协程的运行状态 ，协程函数的形参，内部变量，临时变量，挂起暂停在什么点，被保存在协程状态 (coroutine state)中。,好了上面的描述，我们可以看出协程的几个重要概念。,承诺对象,形参（协程函数的参数）,协程挂起的点,临时变量,协程状态（coroutine state）,协程状态（coroutine state）是协程启动开始时，new空间存放协程状态，协程状态记录协程函数的参数，协程的运行状态，变量。挂起时的断点。,注意，协程状态 (coroutine state)并不是就是协程函数的返回值RET。虽然我们设计的RET一般里面也有promise和coroutine handle，大家一般也是通过RET去操作协程的恢复，获取返回值。但coroutine state理论上还应该包含协程运行参数，断点等信息。而协程状态 (coroutine state)应该是协程句柄（coroutine handle）对应的一个数据，而由系统管理的。,承诺对象（promise）,承诺对象的表现形式必须是result::promise_type，result为协程函数的返回值。,承诺对象是一个实现若干接口，用于辅助协程，构造协程函数返回值；提交传递co_yield，co_return的返回值。明确协程启动阶段是否立即挂起；以及协程内部发生异常时的处理方式。其接口包括：,前面我们提到在协程创建的时候，会new协程状态（coroutine state）。你可以通过可以在 promise_type 中重载 operator new 和 operator delete，使用自己的内存分配接口。（请参考再探 C++20 协程）,协程句柄（coroutine handle）,协程句柄（coroutine handle）是一个协程的标示，用于操作协程恢复，销毁的句柄。,协程句柄的表现形式是std::coroutine_handle<promise_type>，其模板参数为承诺对象（promise）类型。句柄有几个重要函数：,协程句柄和承诺对象之间是可以相互转化的。,co_wait 关键字会调用一个等待体对象(awaiter)。这个对象内部也有3个接口。根据接口co_wait  决定进行什么操作。,void 同返回true,bool 返回true 立即挂起，返回false 不挂起。,返回某个协程句柄（coroutine handle），立即恢复对应句柄的运行。,等待体（awaiter）值得用更加详细的笔墨书写一章，我们就放一下，先了解其有2个特化类型。,前面不少接口已经用了这2个特化的类，同时也可以明白其实协程内部不少地方其实也在使用co_wait 关键字。,好了。所有概念我们介绍基本完成了。先来段代码吧。否则实在憋屈。,这个例子主要展现的是协程函数和主线程之间的切换。协程反复中断，然后在main函数内部又恢复其运行。直至最后co_return。,这个例子虽然简单，但如果你对异步编程有所了解也能明白如何利用C++20完成一段异步编程了。源代码获取地址请点击,下面例子中：,C++ 20 的协程是一个用于异步模型，主要用于服务开发的东东，由于概念和传统的同步变成有区别，同时自身的概念，接口，关键字很多。理解起来有点难度。,如果你对协程的各种接口调用顺序有疑惑，可以自己调试一下，比看文字记忆深刻。如果您没有耐心也可以看看第三章的文字。,初探 C++20 协程,再探 C++20 协程,这两篇文字都不错。,Coroutines (C++20),协程（coroutine）简介,The Coroutine in C++ 20 协程之诺