从 C++ 17 到 C++ 20：协程（Coroutines）入门

2026-01-13 作者 stdcpp

协程（Coroutines）是 C++20 新增的重要特性之一，它为实现轻量级异步编程提供了语言层面的支持。与传统的基于回调或线程的异步模式相比，协程在语义上更接近同步代码，极大地简化了异步逻辑的书写与维护。下面从概念、实现细节、典型使用场景以及示例代码四个方面，帮助你快速上手协程。

1. 协程基本概念

协程是可以在函数内部挂起（co_yield、co_await、co_return）并在后续恢复的函数。与线程不同，协程的挂起与恢复完全由编译器和标准库协同完成，避免了线程上下文切换的高昂成本。协程内部维护的状态由 promise 对象管理，它负责在挂起点保存局部变量、生成返回值、处理异常等。

2. 关键语言特性

关键字	作用	示例
`co_await`	等待一个可等待对象完成（如 `std::future`、`std::task`）	`auto result = co_await asyncFunc();`
`co_yield`	生成一个值给调用者，类似生成器	`co_yield i;`
`co_return`	结束协程，返回值	`co_return sum;`
`co_resume`	由外部调用恢复协程（在 C++20 中由标准库包装，实际使用时一般不直接调用）	`handle.resume();`

3. 常见协程实现

生成器（Generator）：使用 co_yield 产生一系列值，典型应用为逐步产生序列、遍历大集合等。
异步任务（Task）：结合 co_await 对异步 I/O、网络请求等进行等待，代码几乎无异步侵蚀。
协程池（Coroutine Pool）：通过 std::experimental::coroutine_handle 管理协程的生命周期，适合高并发的轻量级任务。

4. 示例：异步网络请求

下面的代码演示了一个简单的异步 HTTP GET 请求示例，使用 cppcoro（第三方协程库）来模拟 co_await 的网络 I/O。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cppcoro/single_thread_context.hpp>
#include <cppcoro/single_waiter.hpp>
#include <cppcoro/awaitable.hpp>
#include <cppcoro/http_client.hpp>

cppcoro::awaitable<std::string> fetch(const std::string& url)
{
    cppcoro::http::Client client;
    cppcoro::http::Response response = co_await client.get(url);
    std::string body = co_await response.readAll();
    co_return body;
}

int main()
{
    cppcoro::single_thread_context context;
    context.post([&]{
        cppcoro::sync_wait(fetch("http://example.com"))
            .then([](const std::string& data){
                std::cout << "Fetched data length: " << data.size() << '\n';
            });
    });
    context.run();
    return 0;
}

说明

cppcoro::http::Client 是一个假设的 HTTP 客户端，内部实现利用协程完成非阻塞 I/O。

sync_wait 用于在单线程事件循环中等待协程完成并获取结果。

5. 性能与注意事项

协程切换成本低：挂起点仅保存当前上下文（栈帧、寄存器），恢复时快速恢复。
与线程共享资源：协程内部仍然使用共享内存，如果并发访问需加锁或使用原子操作。
异常传播：协程中的异常会被 promise 捕获，并在 co_await 点抛出。需要在调用链上正确捕获。

6. 进一步学习资源

《C++20 新特性》: 详细介绍协程、模块、范围等。
cppcoro 官方文档: https://github.com/knight89/cppcoro
《Effective Modern C++》: 对 C++17/20 语言特性进行深入剖析。

通过掌握协程的基本语法与设计理念，你可以在不牺牲可读性的前提下，编写高效、可维护的异步程序。协程的普及将使得 C++ 在异步编程领域的竞争力更上一层楼。

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