协程（coroutine）是指在函数执行过程中能够挂起并在后续恢复执行的机制，它让异步编程变得更加直观。C++自从引入了协程的概念后，标准库逐步完善了对协程的支持，尤其在C++20标准中正式加入了std::generator、std::task以及co_await等语法糖。本文将从历史变迁、核心概念、实现细节以及实际应用四个方面，系统梳理C++协程的演进与使用技巧。
1. 协程的历史回顾
| 版本 | 关键特性 | 说明 |
|---|---|---|
| C++11 | std::future, std::async |
基础异步支持，线程池实现 |
| C++14 | std::experimental::generator |
早期实验性协程实现，使用yield |
| C++17 | std::experimental::coroutine |
更完整的协程框架，定义了promise_type等 |
| C++20 | std::generator, std::task, co_await, co_yield |
标准化协程，提供了编译器内置支持 |
从C++14开始，编译器已逐步支持协程的语法，但缺乏标准化的库封装。C++20则彻底将协程纳入标准，使其可在任何符合标准的编译器上使用。
2. 核心概念解析
2.1 协程函数
协程函数与普通函数不同，它不一定会一次性返回，而是可以在执行过程中挂起（co_yield）或等待异步结果（co_await），最终完成时返回void、std::future或自定义类型。
std::generator <int> range(int n) {
for (int i = 0; i < n; ++i) co_yield i;
}2.2 Promise 与 Awaiter
- promise_type：协程的状态机，负责在协程开始、挂起和结束时进行资源管理。
- awaiter：与
co_await配合使用，定义await_ready、await_suspend和await_resume三个成员函数。
2.3 Coroutine Handle
`std::coroutine_handle
`用于直接控制协程的生命周期，例如显式挂起或恢复。 ## 3. 实际实现：自定义 `AsyncFileReader` 下面给出一个基于C++20协程的异步文件读取器，它在后台线程中读取文件内容，然后通过协程返回读取的行。 “`cpp #include #include #include #include #include #include #include #include class AsyncLineReader { public: struct promise_type { AsyncLineReader get_return_object() { return AsyncLineReader{std::coroutine_handle ::from_promise(*this)}; } std::suspend_never initial_suspend() noexcept { return {}; } std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; } void return_void() {} void unhandled_exception() { std::terminate(); } }; using handle_t = std::coroutine_handle ; explicit AsyncLineReader(handle_t h) : coro(h) {} AsyncLineReader(const AsyncLineReader&) = delete; AsyncLineReader& operator=(const AsyncLineReader&) = delete; AsyncLineReader(AsyncLineReader&& other) noexcept : coro(other.coro) { other.coro = nullptr; } ~AsyncLineReader() { if (coro) coro.destroy(); } // 取得下一行，若已读取完返回空字符串 std::string next() { if (!coro || coro.done()) return “”; coro.resume(); return line; } private: handle_t coro; std::string line; static std::string read_next_line(std::ifstream& fin) { std::string tmp; return (std::getline(fin, tmp)) ? tmp : std::string(); } // 协程体 static AsyncLineReader* current; static std::coroutine_handle worker(std::ifstream& fin) { while (true) { current->line = read_next_line(fin); if (current->line.empty()) co_return; co_yield; } } public: // 初始化协程 static AsyncLineReader create(const std::string& filename) { std::ifstream fin(filename); AsyncLineReader* self = new AsyncLineReader; current = self; self->coro = std::coroutine_handle ::from_promise(*(new promise_type)); std::thread t([self, fin = std::move(fin)]() mutable { auto h = worker(fin); h.resume(); // 开始协程 while (!h.done()) { h.resume(); } delete self; }); t.detach(); return *self; } }; “` ### 4. 使用示例 “`cpp int main() { auto reader = AsyncLineReader::create(“sample.txt”); std::string line; while (!(line = reader.next()).empty()) { std::cout