协程在 C++ 的世界中探索

2022-12-20 21:09:17

协程：提升并发编程的利器

在现代软件开发中，并发编程已成为必不可少的技术。协程，一种新兴的编程技术，通过在单线程内执行多个任务，为并发编程提供了独特而高效的解决方案。了解协程的本质及其在 C++ 中的实现方式，将助你深入掌握这项编程利器。

协程：并行世界中的单线程魔术

想象一下，在一个繁忙的城市中，拥挤不堪的道路上交通堵塞。为了解决这个问题，市政当局决定在街道上开辟多个车道，让车辆可以同时通行。这种策略与协程的原理十分类似。

协程允许你在一个线程中同时执行多个任务，就好比在单一车道上同时通行多辆汽车一样。协程的关键在于它们并不是真正的线程，而是共享同一线程执行上下文的任务。这使得它们在切换时速度极快，避免了线程创建和销毁的开销。

C++ 中协程的实现方式

在 C++ 中，协程有两种主要实现方式：库实现和编译器实现。

库实现：便捷与效率的权衡

库实现将协程封装为库函数，提供给程序员使用。这种方法简单易用，但效率不高，因为协程切换涉及函数调用的开销。一些流行的库实现包括 Boost.Coroutine 和 libcoro。

编译器实现：效率至上，复杂性相伴

编译器实现将协程直接集成到编译器中，提供专门的语法和来支持协程。这种方法效率更高，因为协程切换可以通过编译器直接生成汇编指令来实现。然而，它也更复杂，对编译器的要求更高。目前，C++20、Python 和 Go 等语言支持编译器实现协程。

使用协程编写 C++ 代码

在 C++ 中使用协程，可以遵循以下步骤：

定义协程函数： 协程函数类似于普通函数，但需要在函数声明前添加 co_return 关键字。协程函数可以使用 yield 语句来暂停执行，并将控制权交还给调用者。
创建协程对象： 可以使用 std::coroutine_handle<T> 来创建协程对象，其中 T 是协程函数的返回值类型。协程对象用于启动、暂停和恢复协程执行。
启动协程： 使用 std::coroutine_handle<T>::resume() 方法启动协程。这将导致协程函数开始执行，直到遇到第一个 yield 语句。
暂停协程： 当协程函数执行到 yield 语句时，协程将暂停，并返回给调用者。调用者可以继续执行其他代码，并在需要时使用 std::coroutine_handle<T>::resume() 方法恢复协程执行。
恢复协程： 调用者调用 std::coroutine_handle<T>::resume() 方法时，协程将从 yield 语句处继续执行。协程函数将继续执行，直到完成或遇到下一个 yield 语句。