C++新特性协程

🕗 发布于 2024-02-05 19:43 开发语言 c++

本篇文章我们来讲述一下C++协程

协程（Coroutine）是一种能够挂起个恢复的函数过程是一种轻量级的并发编程方式，也称为用户级线程。它与传统的线程（Thread）相比，具有更低的开销和更高的执行效率。协程通常运用在异步调用中。

同步和异步 (拓展):同步是指线程要同时执行如果没有两者没有同步则需要线程A 等待线程B 或者主线程等待子线程而异步编程就不需要线程的等待但是也要注意线程争夺的问题

协程要讲清楚非常的抽象和复杂我们直接从实际入手

代码实例:

大家看完以上代码结果可能会有一点懵这是什么？这是怎么回事？下面让我们来分析一下代码:

大家观察这段代码就知道 main函数创建了一个进程进程里面创建了一个主线程然后执行每个函数就是子线程先进入bar()函数先执行call bar 然后执行before bar 经过挂起点然后挂起这时候一个线程跳出了bar函数到main里面另一个线程执行fool函数 fool函数执行完以后再回到bar 函数里面继续执行这就是本代码的大概思路

下面我们来介绍一下 co_return 和co_await

co_return ：co_return 是 C++20 中引入的关键字，用于在协程中返回结果或结束协程。它用于替代 return 关键字，在协程函数中表示返回值，并触发协程的完成。

co_return代码实例:

#include <iostream>
#include <experimental/coroutine>

std::experimental::coroutine_handle<> myCoroutine;

void myTask() {
    std::cout << "Starting coroutine..." << std::endl;
    myCoroutine.resume(); // 启动协程
    std::cout << "Resuming execution..." << std::endl;
}

struct MyAwaitable {
    bool await_ready() const { return false; }
    void await_suspend(std::experimental::coroutine_handle<> handle) const {
        myCoroutine = handle; // 将当前协程保存起来
    }
    void await_resume() const {}
};

MyAwaitable asyncFunc() {
    std::cout << "Suspending execution..." << std::endl;
    co_await MyAwaitable{}; // 挂起协程，等待恢复
    std::cout << "Resumed execution..." << std::endl;
}

int main() {
    myTask();
    asyncFunc().await_resume();
    
    return 0;
}

在这个示例中，co_await 表达式会挂起 asyncFunc() 协程的执行，然后将控制权交还给 myTask() 协程。当我们调用 myCoroutine.resume() 时，asyncFunc() 的执行恢复，并继续执行后面的语句。

co_await介绍:

co_await 是 C++20 中引入的关键字，用于在协程中挂起当前的执行，并等待某个操作完成或者恢复执行。它是协程内部使用的一种语法，用于表示异步操作的等待。

在一个可暂停函数（协程）中，当遇到 co_await 表达式时，会发生以下几个步骤：

暂停当前协程的执行，并保存当前状态。
将控制权返回给调用方（如上层协程或者普通函数）。
在某个事件发生或者异步操作完成后，恢复之前保存的状态并继续执行。

具体来说，在使用 co_await 时需要满足两个条件：

表达式必须是一个可暂停的类型（也称为 Awaitable 类型），它要么定义了 bool await_ready() 方法来判断是否可以直接返回结果，要么定义了 void await_suspend(std::coroutine_handle<>) 方法和 void await_resume() 方法来进行挂起和恢复操作。
协程函数本身必须是异步上下文（比如异步任务、生成器）或者包含了异步操作。

代码实例：

#include <iostream>
#include <experimental/coroutine>

struct MyAwaitable {
    bool await_ready() const { return false; }
    void await_suspend(std::experimental::coroutine_handle<> handle) const {
        std::cout << "Suspending coroutine..." << std::endl;
        handle.resume(); // 恢复协程的执行
    }
    void await_resume() const {}
};

std::experimental::suspend_always asyncFunc() {
    std::cout << "Starting coroutine..." << std::endl;
    co_await MyAwaitable{}; // 使用 co_await 挂起协程
    std::cout << "Resuming execution..." << std::endl;
}

int main() {
    auto coro = asyncFunc();
    coro.resume(); // 启动协程
    
    return 0;
}

代码总结：在这个示例中，MyAwaitable 是一个自定义的可暂停类型，它定义了 bool await_ready() 方法和 void await_suspend(std::coroutine_handle<>) 方法来控制协程的挂起和恢复。当我们调用 co_await MyAwaitable{} 时，协程会被挂起，并且打印出相应的消息。然后通过 handle.resume() 来恢复协程的执行。

co_await实现对象：

co_await 来实现协程等待一个对象时，该对象需要满足特定的条件和接口。在 C++ 中，需要实现以下几个关键的部分：

实现 awaitable 类型：这是一个自定义的类型，表示可以被协程等待的对象。它需要定义 await_ready()、await_suspend() 和 await_resume() 这三个成员函数。

await_ready(): 返回一个 bool 值，表示对象是否已经准备好（即不需要暂停协程）。如果对象已经可用，则返回 true；否则返回 false。
await_suspend(): 返回一个指定异步操作完成后应该如何恢复协程执行的 awaiter 类型。
await_resume(): 返回异步操作结果的值。

代码实例：

#include <iostream>
#include <future>
#include <experimental/coroutine>

struct Awaitable {
    std::future<int> fut;

    bool await_ready() {
        return fut.wait_for(std::chrono::seconds(0)) == std::future_status::ready;
    }

    void await_suspend(std::experimental::coroutine_handle<> handle) {
        fut.then([handle](std::future<int> f) mutable {
            // 异步操作完成后恢复协程执行
            handle.resume();
        });
    }

    int await_resume() {
        return fut.get();
    }
};

Awaitable makeAsyncRequest() {
    std::promise<int> p;
    auto fut = p.get_future();

    // 模拟异步操作
    std::thread([&p]() mutable {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        p.set_value(42);
    }).detach();

    return Awaitable{std::move(fut)};
}

std::experimental::suspend_always task() {
    auto result = co_await makeAsyncRequest(); // 等待异步操作完成，并获取结果
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
}

int main() {
   auto coro = task();
   coro.resume(); // 启动协程

   return 0;
}

总结：协程是应用于异步编程的一种方法 co_await函数用于当前的协程的挂起这样可以更深层次的满足异步编程要注意co_await函数的使用 co_return是用来返回结果和结束协程

好了本篇内容就到这里这篇文章可能有些难度大家慢慢理解

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