【導讀】：C 20 終于引入了協程特性，給庫作者提供了一個實現協程的機制，讓用戶方便使用協程來編寫異步邏輯，降低了異步并發編程的難度。結合我最近協程的學習，在這里記錄一下相關內容。

以下是正文

---

使用場景

協程和普通函數相比，多了個中途隨時?掛起?，隨后?恢復?的過程，當用戶調用一個阻塞請求接口，從而讓出控制權，當響應時，恢復之前的控制流，從而大大提高線程復用率，這也注意了協程只是并發的，并不是真正意義上的并行，在 IO 密集型場景下，協程能夠很好的提高資源利用率，用少數的線程達到并發成百上萬個協程的效果。

而相對傳統的線程池 回調模式，每發起一個請求，為了避免阻塞當前線程，需要掛一個回調函數處理后續過程，而回調函數又可能產生競爭，導致得加鎖處理。而協程卻能夠以同步方式寫實現異步，后續過程直接掛起，當響應的時候恢復執行。

我參與的項目中，對象隨時都可能起個線程干活，或者常駐于對象生命周期里，統計下來整個項目居然開了幾百個線程，由于多線程編程難免導致競爭，從而需要鎖這種很低級的機制做同步，而一旦引入了鎖，就不可避免的擴散開來，大家看到這里加把鎖，那我也加把鎖，統計下來代碼里面居然也有幾百把鎖。真是維護的噩夢。

由于協程能夠隨時掛起，后續恢復，這就能實現一些延遲計算的特性，例如生成器。

扯遠了，本文主題是關于 C 20 的協程，在 C 20 還沒穩定之前，先來學習一下相關知識，讀完本文后你應該能利用這個機制實現一些想要的協程了。

概念模型

C 20 的協程設計為無棧協程，相對于有棧協程，省掉了上下文切換開銷[1]，只能手動切換，效率更高，也不用管理復雜的寄存器狀態，移植性更好，但這同時也導致了不能被非協程函數嵌套調用。

同時引入了 3 個關鍵字：

1. co_yield: 掛起并返回值

2. co_await: 掛起

3. co_return: 結束協程

當一個函數出現了上面的關鍵字，則該函數是個協程。

Promise

當 caller 調用一個 callee 協程的時候，協程自身的狀態信息?[2]（形參，局部變量，自帶數據，各個階段點執行點）會被保存在堆上的 Promise 對象中，這也是編譯器會在協程里面插入 Promise 相關代碼，以及一些執行點。由于 Promise 的大小可以在編譯期計算出來，從而避免了內存浪費。而 Promise 對象所有權可由coroutine_handle 句柄持有。

Future

而 Future 對象主要是與 Promise 對象交互的橋梁，既 caller 與 callee 之間的通信：

1. callee 掛起時，將值返回給 caller: yield 語義

2. callee 執行結束時，將值返回給 caller: return 語義

3. callee 恢復時，caller 將值帶給 callee

需要注意的是，這些概念和標準庫的 std::promise/std::future 不是同一個東西，后者用于做同步用，std::future會阻塞等待直到 std::promise 提供值，可以看做是條件變量的封裝，同樣地，和其他語言的 Promise/Future 概念也不一樣。

Awaitable

如果一個對象是 Awaitable 對象，那么可以用 co_await 操作符去觸發該對象的動作 ready/suspend/resume，從而轉移、恢復控制權，co_await 細節留到后面在介紹。

具體機制

了解了概念模型后，我們可以進一步探討背后的機制了。

Promise/Future 對象

當一個協程被調用時，會創建 Promise 對象，然后編譯器會在各個階段插入一些代碼[3]：

{??co_await?promise.initial_suspend();??try??{??????}??catch?(...)??{????promise.unhandled_exception();??}FinalSuspend:??co_await?promise.final_suspend();}

可以看到一個協程函數，分為如下幾個步驟：

1. 從堆上 (operator new) 創建 Promise 對象，保存協程的狀態信息

2. initial_suspend 階段，用于在執行協程主體??代碼前做些事情

3. 階段，執行協程的主體代碼

4. unhandled_exception 階段，若拋異常，處理異常

5. final_suspend階段，協程結束收尾動作，在這階段的 coroutine_handle::done 方法為 true，caller 可以通過這個方法判斷協程是否結束，從而不再調用 resume 恢復協程。

而協程返回類型則是一個 Future 對象，這一步編譯器通過 Promise::get_return_object()?來創建 Future 對象。而 Future 對象一般持有 Promise 的句柄：coroutine_handle，這樣 caller 可以通過 Future 與 Promise 交互，從而恢復協程。

而 Promise 對象釋放的時間點有兩個，避免重復執行，否則會 double free：

1. final_suspend 階段 resume 后

2. 調用?coroutine_handle::destroy()?方法

比較好的做法是在 final_suspend 階段掛起，這時候就不可 resume 了，在 caller 通過調用 Future 持有的句柄 destroy()?方法釋放 Promise 對象。綜上，一個 Promise 對象需要實現如下方法：

1. initial_suspend: 返回一個 Awaitable 對象

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C 20 协程初探的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。