协程（Coroutine）是 C++20 中引入的一项强大特性，它允许我们在不使用线程的情况下实现异步、非阻塞的代码。协程通过“挂起”和“恢复”机制，将函数的执行状态保存起来，后续可以在需要时继续执行，从而实现更高效的 IO、网络和生成器等功能。本文将从协程的概念、核心语法、实现细节以及一个完整的示例，帮助你快速上手 C++20 协程。
1. 协程的基本概念
- 挂起（Suspend）：协程在执行到
co_await、co_yield或co_return时会暂停，保存当前上下文（寄存器、栈帧、局部变量等）。 - 恢复（Resume）：调用协程对象的
resume()（或通过co_await调用）时，协程从上一次挂起的点继续执行。 - 协程句柄（Coroutine Handle）：
std::coroutine_handle<>对象负责管理协程的生命周期，提供resume()、destroy()等操作。
协程本质上是一种轻量级的“线程”，它们不需要操作系统调度，所有上下文切换由编译器生成的状态机完成，开销更低。
2. 关键语法和类型
| 关键字 | 说明 |
|---|---|
co_await |
等待一个 awaitable 对象，挂起协程直到 awaitable 完成。 |
co_yield |
产生一个值，挂起协程，等待下一次 resume。 |
co_return |
结束协程，返回值给调用方。 |
std::suspend_always / std::suspend_never |
决定协程是否在进入时立即挂起。 |
协程函数的返回类型必须是 `std::future
`、`std::generator`（C++23 提供）或者自定义的 `promise_type`。最常见的是： “`cpp std::future async_add(int a, int b); “` 此函数在内部生成一个 `promise_type`，该类型定义协程的行为（挂起、返回值等）。 — ### 3. Promise Type 的实现 `promise_type` 是协程的核心，负责： 1. **创建协程句柄** 2. **定义挂起行为**：通过 `initial_suspend()` 与 `final_suspend()` 决定协程是否立即挂起。 3. **获取返回值**：`get_return_object()` 返回给调用方的对象。 4. **错误处理**：`unhandled_exception()` 捕获异常。 下面给出一个最小可运行的 `promise_type` 示例，返回 `int`： “`cpp struct simple_promise { int value_; std::suspend_always initial_suspend() { return {}; } std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; } int get_return_object() { return value_; } void return_value(int v) { value_ = v; } void unhandled_exception() { std::terminate(); } }; “` 使用 `simple_promise` 的协程函数： “`cpp simple_promise async_add(int a, int b) { co_return a + b; } “` — ### 4. 一个完整的异步 IO 示例 下面演示如何使用协程实现一个简单的异步 TCP 客户端，利用 `asio` 库的协程接口： “`cpp #include #include #include #include #include using asio::ip::tcp; using namespace std::chrono_literals; struct asio_promise { std::string result_; std::suspend_always initial_suspend() { return {}; } std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; } std::string get_return_object() { return result_; } void return_value(std::string v) { result_ = std::move(v); } void unhandled_exception() { std::terminate(); } }; asio_promise async_read(tcp::socket& socket) { char data[1024]; std::size_t n = co_await asio::async_read(socket, asio::buffer(data), asio::transfer_at_least(1), asio::use_awaitable); co_return std::string(data, n); } int main() { asio::io_context io; tcp::resolver resolver(io); auto endpoints = resolver.resolve(“example.com”, “http”); tcp::socket socket(io); asio::async_connect(socket, endpoints, asio::use_awaitable); std::string request = “GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n”; co_await asio::async_write(socket, asio::buffer(request), asio::use_awaitable); std::string response = co_await async_read(socket); std::cout