如何理解C++20新特性協程Coroutines

這篇文章主要講解了“如何理解C++20新特性協程Coroutines”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“如何理解C++20新特性協程Coroutines”吧！

目錄

• 1、co_await

• 2、awaiter 的三個接口用途

• 3、協程用法的回顧

想了解上一篇文章內容的小伙伴可點擊 C++20 特性 協程 Coroutines (1)

談到什么是協程. 并且介紹了 co_yield 和 co_return 的作用. 這篇來介紹一下 co_await.

1、co_await

一個形如：

co_await awaitable

的表達式就叫一個 await-expression. co_await 表達式是用來暫停當前協程的運行, 轉而等待 awaitable 的結果. 然后 awaitable 進行計算, 最終返回一個 awaiter 結構用來告訴 co_await 要做什么.

co_await 所在的函數塊本身就是協程, 所以這個 co_await 也得配上一個 promise 和一個 coroutine_handle. 就像上篇文章里面 generator 類之類的東西.

這個 awaitable 可以是很多東西, 首先會檢查 promise 有沒有提供 await_transform 函數, 如果有就會用上, 沒有就不管.

(只要提供了任何一個 await_transform, 那么每一個 awaitable 都需要找到適合它的重載, 否則就會報錯. 庫的實現者可以通過 await_transform 接口來限制哪些 awaitable 可以用在協程之中. 參見https://stackoverflow.com/q/65787797/14406396 )

之后的話, 會查找 operator co_await 這個函數, 預期這個 operator 返回一個 awaiter.已經是一個 awaiter 了.

2、awaiter 的三個接口用途

一個 awaiter 需要實現三個接口 await_ready() , await_suspend(std::coroutine_handle<P>) , await_resume() .

只要實現了這三個接口的東西就是 awaiter.

await_ready() 告訴 co_await 自己好了沒.

await_suspend(h) 可以選擇返回 void , bool , std::coroutine_handle<P> 之一. h 是本協程的 handle. P是本協程的 promise 類型 (或者是 void, 見第三篇中的解釋).

如果 await_ready() 返回 false , 這個協程就會暫停. 之后:

• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 std::coroutine_handle<Z>, 那么就會恢復這個 handle. 即運行 await_suspend(h).resume(). 這意味著暫停本協程的時候, 可以恢復另一個協程.

• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 bool, 那么看 await_suspend(h) 的結果, 是 false 就恢復自己.

• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 void, 那么就直接執行. 執行完暫停本協程.

如果 await_ready() 返回 true 或者協程被恢復了, 那么就執行 await_resume() , 它得到的結果就是最終結果.

所以說, 這await_ready, await_suspend, await_resume 三個接口分別表示 "有沒有準備好", "停不停", "好了該咋辦". 設計還是很自然的.

C++ 的協程是非對稱協程, 是有一個調用/被調用的關系的. 一個協程被某個東西喚醒了, 那么它下次暫停的時候, 就會把控制流還給那個喚醒它的東西. 所以 C++ 的協程完全可以看作是一個可重入的函數.

3、協程用法的回顧

再來看上一篇文章中的偽代碼

{
promise-type promise(promise-constructor-arguments); 
try {
    co_await promise.initial_suspend(); // 創建之后 第一次暫停
    function-body // 函數體
} catch ( ... ) {
    if (!initial-await-resume-called)
    throw; 
    promise.unhandled_exception(); 
}

final-suspend:
co_await promise.final_suspend(); // 最后一次暫停
}

catch 塊里面出現的 !initial-await-resume-called 就是指 promise.initial_suspend() 返回的那個 await_resume() 有沒有被執行過.

如果執行了, 那么這個 flag 就會立刻變成 true. 然后調用 promise.unhandled_exception() 來處理異常.

一個例子：

由于 co_await 對這三個東西的應該做什么沒有做任何限制, 所以可以用來實現很多功能.

舉個例子 (來自標準庫), 比如我們想要設計一個協程, 能夠停下任意的正時長, 就可以這樣設計:

template <class Rep, class Period>
auto operator co_await(std::chrono::duration<Rep, Period> d) // operator co_await
{
    struct awaiter
    {
        std::chrono::system_clock::duration duration;
        awaiter(std::chrono::system_clock::duration d) : duration(d) {}
        bool await_ready() const { return duration.count() <= 0; }
        int await_resume() {  return 1;  }
        void await_suspend(std::coroutine_handle<> h)
        {
            std::this_thread::sleep_for(duration);
        }
    };
    return awaiteraegqsqibtmh;
}

這樣的話, 如果輸入一個正的時間, 就會調用 await_suspend() 進行暫停了. 如果輸入的時間是負的, 那就通過 await_ready() 返回 true 繞過了這個過程.

當然, 調用它需要在一個協程中, 也就意味著需要一個 promise 和 coroutine_handle 包裝類的配合. 像這樣

struct my_future
{
    struct promise_type;
    using handle = std::coroutine_handle<promise_type>;
    struct promise_type
    {
        int current_value;
        auto initial_suspend() { return std::suspend_always{}; }
        auto final_suspend() { return std::suspend_always{}; }
        void unhandled_exception() { std::terminate(); }
        /* ... */
    };
    /* ... */
private:
    my_future(handle h) : coro(h) {}
    handle coro;
};

my_future sleep_coro()
{
    printf("Start sleeping\n");
    int ans = co_await 1s;
    printf("End sleeping, with ans = %d\n", ans);
}

當然, 一個函數也可以放在 co_await 的右邊, 就像 co_await g(); 只要返回的結構里面有那三個 await_* 接口就行. 甚至你可以直接 co_await std::suspend_always{};

下面是協程流控的細致分析.

int main()
{
    auto h = sleep_coro(); 
// 這一步創建協程, 在 co_await initial_suspend 處, 執行完 await_ready, await_suspend. 返回 main
// 注意 initial_suspend 返回的是 std::suspend_always{}
// 所以是一定暫停, 并且 resume 的時候什么都不做

    h.resume();
// 這一步執行上一個 await_resume 以后(什么都不做), 執行了 printf("Start sleeping\n");
// 然后收到 co_await 1s 返回的結構, 其中 await_suspend 里面需要暫停.
// 然后執行完 await_ready, await_suspend (在這個函數里暫停 1s), 返回 main

    h.resume();
// 這一步執行完 await_resume 以后(初始化 ans = 1)
// 執行了 printf("End sleeping, with ans = %d\n", ans);
// 然后在 co_await final_suspend 處執行完 await_ready, await_suspend. 就返回 main

}

感謝各位的閱讀，以上就是“如何理解C++20新特性協程Coroutines”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對如何理解C++20新特性協程Coroutines這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！