协程（coroutine）是 C++20 开始被正式纳入标准的强大特性，它提供了比传统线程和回调更简洁、可读性更高的异步编程方式。C++23 在此基础上做了进一步的完善和优化，让协程的使用更加方便。本文将从语法、关键概念、实现细节以及实际案例四个方面，系统梳理 C++23 协程的核心内容，帮助读者快速上手。
1. 语法与基本结构
1.1 关键字和基本形态
C++23 协程与 C++20 的语法保持一致，核心关键词依旧是 co_await, co_yield, co_return，以及 co_resume（用于手动恢复）。协程函数的返回类型需要是 协程返回类型（co-routine return type），常见的包括 `std::generator
`、`std::task` 等。
“`cpp
std::generator
count_up_to(int n) {
for (int i = 1; i ` 与 `std::suspend_always` / `std::suspend_never` 的简易实现。
“`cpp
struct my_promise {
int current = 0;
std::suspend_always initial_suspend() noexcept { return {}; }
std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
int get_return_object() { return current; }
void unhandled_exception() { std::terminate(); }
void return_void() {}
};
“`
### 1.3 协程的创建与销毁
协程的创建由编译器生成 `__coro` 结构体完成，调用协程函数返回的是对应的 Promise 对象包装器。销毁过程会调用 `final_suspend` 并释放资源。
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## 2. 协程的核心概念
### 2.1 协程状态
协程的状态主要包括：
– **Suspended**：已暂停，等待恢复。
– **Running**：正在执行。
– **Completed**：已完成，无法再恢复。
协程在 `co_await`、`co_yield` 或 `co_return` 处暂停，随后由外部或内部恢复。
### 2.2 Awaitable 与 Awaiter
`co_await` 后面的表达式必须满足 *awaitable* 接口。C++23 提供了默认的 `std::suspend_always` / `std::suspend_never`，也支持自定义 Awaiter。
“`cpp
struct async_task {
bool await_ready() const noexcept { return false; }
void await_suspend(std::coroutine_handle h) const noexcept {
// 异步操作开始，完成后恢复协程
}
int await_resume() const noexcept { return 42; }
};
int main() {
std::coroutine_handle h = my_coroutine(); // 简化示例
int result = co_await async_task(); // 这里会暂停
}
“`
### 2.3 协程的异常处理
异常会沿着协程的调用链向上传递，直到到达 `return` 或 `co_return`。如果协程未捕获异常，Promise 的 `unhandled_exception` 会被调用。
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## 3. C++23 对协程的改进
### 3.1 更强的协程返回类型
C++23 引入了 `std::generator
` 与 `std::task`，分别对应可生成多值和单值的协程。`std::generator` 在迭代器模型上兼容标准容器，使得协程可以像普通 `range` 一样使用。
“`cpp
std::generator lines(const std::string& path) {
std::ifstream file(path);
std::string line;
while (std::getline(file, line)) {
co_yield line;
}
}
“`
### 3.2 `std::suspend_always` 与 `std::suspend_never` 的默认化
C++23 允许在协程返回类型中使用 `std::suspend_always` 或 `std::suspend_never` 作为默认暂停策略，减少模板代码量。
### 3.3 更细粒度的资源管理
通过 `std::coroutine_handle` 的 `destroy()` 方法以及 Promise 的 `final_suspend`，可以更精细地控制协程资源的释放，避免泄漏。
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## 4. 实践案例：异步文件读取
下面演示一个使用 C++23 协程实现的异步文件读取框架。
“`cpp
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// 简化的 awaitable，用于模拟异步 I/O
struct async_read_line {
std::ifstream& file;
std::string line;
bool await_ready() const noexcept { return false; }
void await_suspend(std::coroutine_handle h) const noexcept {
std::thread([this, h]() {
if (std::getline(file, line)) {
h.resume(); // I/O 完成后恢复协程
} else {
h.resume(); // EOF，直接恢复
}
}).detach();
}
std::optional await_resume() const noexcept {
if (line.empty()) return std::nullopt;
return line;
}
};
std::generator async_file_reader(const std::string& path) {
std::ifstream file(path);
if (!file) throw std::runtime_error(“Cannot open file”);
while (true) {
auto maybe_line = co_await async_read_line{file};
if (!maybe_line) break; // EOF
co_yield *maybe_line;
}
}
int main() {
try {
for (const auto& line : async_file_reader(“sample.txt”)) {
std::cout
