C++20 在标准库中首次正式引入协程（coroutines）这一特性，为异步编程和生成器模式提供了更直观、更高效的实现方式。本文从协程的基本概念入手，结合实际代码演示，帮助读者快速上手并理解协程在现代 C++ 开发中的作用。
1. 协程概念回顾
- 挂起与恢复：协程通过
co_await、co_yield 或 co_return 将执行点暂停，随后再恢复。
- Promise 对象：每个协程都有对应的
promise_type，负责管理协程的状态、返回值以及异常处理。
- Coroutine Handle：
std::coroutine_handle<> 是对协程实例的句柄，允许手动启动、检查状态、恢复或销毁。
2. 协程与异步 I/O
传统的异步 I/O 通过回调、Future/Promise 或事件循环实现，往往代码可读性较差。协程用 co_await 把异步操作像同步代码一样写，逻辑更加清晰。示例：使用 asio 的异步读取，配合协程实现流式读取。
3. 生成器模式的现代实现
之前常用 boost::generator 或手写状态机实现生成器。现在只需定义返回类型为 `std::generator
` 并使用 `co_yield` 即可。
“`cpp
std::generator
range(int start, int end) {
for (int i = start; i < end; ++i)
co_yield i;
}
“`
## 4. 错误处理与异常安全
协程中的异常会被包装到 `promise_type`，可以通过 `handle.promise().get_return_object()` 获取到包含异常信息的对象。建议在协程内部捕获异常后使用 `co_return` 或 `co_yield` 返回错误码，或者让异常向上传递，保持统一错误处理机制。
## 5. 性能考量
– **堆栈分配**：协程的状态机会在堆上分配，过多的小协程会产生内存碎片。
– **协程切换**：相比线程切换成本低，但在高并发场景仍需注意协程池和调度策略。
## 6. 案例：简单的 HTTP 客户端
使用 `cpprestsdk` 或 `Boost.Beast` 结合协程实现非阻塞 HTTP 请求。
“`cpp
cppcoro::task fetch_json(const std::string& url) {
http_client client(U(url));
auto reply = co_await client.request(methods::GET);
co_return reply.extract_json();
}
“`
这样代码既简洁，又可直接在异步框架中使用。
## 7. 未来展望
C++23 将进一步完善协程特性，如 `awaitable` 的标准化、协程与标准容器的无缝衔接等。掌握协程的基本用法后，读者可以继续关注这些新标准，为下一代 C++ 项目奠定基础。
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**结语**
协程作为 C++20 的重要里程碑，为高性能异步编程提供了极大便利。熟练掌握协程的语法与机制，将使开发者能够编写更清晰、更高效、更易维护的代码。希望本文能为你开启协程之旅提供一盏明灯。
