在上一篇中我们通过拆解一个简单的例子描述了C20 处理协程的过程。在此先简单的回顾一下各个部分的作用回顾promise_type主要提供一些与协程相关的接口initial_suspend 协程实例创建时执行通过返回值来决定协程创建的同时执行还是等待final_suspend: 协程实例执行完之后是暂停还是继续继续意味着会销毁这个实例yield_value/await_transform: 协程函数中执行 co_yield/co_await 时负责将后面的操作数转化为等待体awaiter 对象get_return_object: 返回协程对象return_void / return_value: 真正获取协程函数 co_return 的返回值unhandled_exception 协程函数发生异常时调用等待体是协程函数中调用 co_await/co_yield 时创建, 主要用来告诉编译器遇到这两个操作符时应该继续执行还是等待, 关于等待体 awaiter 它有如下几个接口:bool await_ready(): 根据返回值决定是继续还是等待await_suspend(coroutine_handle): 协程被挂起时调用await_resume(): 协程被恢复时调用关于等待体标准库有两个简单的实现:suspend_always和suspend_never改进生成器c 23 中存在一个标准的生成器std::generator我们利用这个生成器可以将整个程序修改为:#includecoroutine#includeiostream#includegenerator#includerangesstd::generatorintfibonacci(){inta0;intb1;for(;;){co_yielda;intnextab;ab;bnext;}}intmain(){for(autox:fibonacci()|std::views::take(10)){std::coutxstd::endl;}return0;}本文的目标是最终完成一个简单的、可用的、贴近标准库的 std::generator进一步理解协程的原理我们还是按照上一篇的组织方式先放出完整的源代码然后依次说明重要的点:#includecoroutine#includeiostream#includegenerator#includerangestemplatetypenameTstructGenerator{structpromise_type{std::suspend_alwaysinitial_suspend(){returnstd::suspend_always{};}std::suspend_alwaysfinal_suspend()noexcept{returnstd::suspend_always{};}voidunhandled_exception()noexcept{_expstd::current_exception();}Generatorget_return_object(){returnGenerator(std::coroutine_handlepromise_type::from_promise(*this));}voidreturn_void(){}std::suspend_alwaysyield_value(T value){_valuestd::move(value);returnstd::suspend_always{};}voidrethrow_if_exception(){if(_exp)throw_exp;}T _value{};std::exception_ptr _expnullptr;};Generator(std::coroutine_handlepromise_typeh):_handle(h){}~Generator(){if(_handle)_handle.destroy();}Generator(constGenerator)delete;Generatoroperator(constGenerator)delete;Generator(Generatorother)noexcept:_handle(std::exchange(other._handle,nullptr)){}Generatoroperator(Generatorother){if(this!other){if(_handle)_handle.destroy();//删除当前的协程管理新协程_handlestd::exchange(other._handle,nullptr);}return*this;}boolis_done()noexcept{return!_handle||_handle.done();}Tnext(){if(is_done())throwstd::runtime_error(Generator exhausted);_handle.resume();_handle.promise().rethrow_if_exception();return_handle.promise()._value;}std::coroutine_handlepromise_type_handle;// 迭代器structIterator{Generator_gen;bool_is_end;Iterator(Generatorgen,boolis_endfalse):_gen(gen),_is_end(is_end){}voidmove_next(){if(!_gen.is_done()){_gen._handle.resume();_gen._handle.promise().rethrow_if_exception();}else{_is_endtrue;}}Toperator*()const{return_gen._handle.promise()._value;}Iteratoroperator(){move_next();return*this;}booloperator!(constIteratorother)const{returnother._is_end!_is_end;}};Iteratorbegin(){Iterator it{*this};it.move_next();returnit;}Iteratorend(){returnIterator{*this,true};}};Generatorintfibonacci(){inta0;intb1;for(;;){co_yielda;intnextab;ab;bnext;}}intmain(){Generatorintgeneratorfibonacci();for(autox:fibonacci()){std::coutxstd::endl;}// std::generator 示例//for (auto x : fibonacci() | std::views::take(10))//{// std::cout x std::endl;//}return0;}泛型与移动语义的优化之前我们在yield_value函数中传入的参数是int类型所以在函数中直接采用赋值运算符没有任何问题但是考虑到泛化之后它可以生成任意类型的数据在处理大结构的数据时采用赋值运算将会产生多余的拷贝。因为函数参数中已经进行了拷贝同时值传递不影响外部真实的数据我们直接对参数执行移动操作可以节省一次拷贝。异常处理的支持上一篇我们简单的将将unhandled_exception设置为空函数这次我们在promise_type中保存了一个std::exception_ptr异常类型的指针用来捕获协程函数中的异常。这个函数的实现也比较简单我们说在协程函数发生异常时会调用promise_type结构中的unhandled_exception接口函数。这个函数中通过_exp std::current_exception();获取最新的异常信息并保存。在获取下一次的数据的时候我们直接判断当前是否保存了异常信息如果有则直接抛出。外界在调用next等函数获取值的时候可以直接捕获Generator 禁止拷贝、仅支持移动操作协程句柄coroutine_handle独占一段堆上分配的协程栈与promise对象资源唯一不可共享。所以理论上只能有一个对象管理整个协程。如果允许拷贝则会出现多个结构同时指向一个协程对象。这些结构在析构时多次调用destroy 造成重复销毁的问题。或者某个对象没有及时更新造成访问无效内存。而移动语义是所有权的转移在同一时间有且只有一个对象真正的控制协程、拥有coroutine_handle句柄。配合最后的析构释放操作能防止内存泄漏move_next 实现这里我们在迭代器中单独又写了一些与Generator::next相同的代码。这里主要出于两点考虑Generator 支持通过next来获取下一个数据但是该函数返回T类型的下一个数据。外界实际上没有途经判断生成器是否已经无法生成多余的数据。所以我通过抛出异常外界可以通过异常来判断是否还能生成数据当然这里也可以使用std::optional来判断数据是否合理。既然会抛出异常那么迭代器中的move_next就无法直接调用谁也不希望范围for最后是靠异常退出的。迭代器需要一个end函数end一般是返回一个越界的迭代器在协程中我们实际上不需要构建一个额外的Generator 来判断是否越界。所以我在里面额外维护了一个_is_end。利用该变量来判断迭代器是否越界了。基于以上理由我没有复用Generator::next的代码另外在Generator::begin函数中我们首先调用了一次move_next然后才返回迭代器。这是因为我们的initial_suspend函数返回suspend_always在生成器对象被创建的时候协程还没有开始运行此时生成器中的值是无效值。begin函数是用来获取它的起始值此时值应该是有效的所以提前调用一次move_next让它获取第一个值。小结当然标准库的std::generator实现比上述代码要复杂的多特别是它支持ranges组件来设置范围而我们的简单的生成器的退出完全依赖协程函数自身的退出条件无法做到自主退出。希望通过本节各位读者能对协程的原理有一个更深入的理解。也希望这个简陋的实现可以做到抛砖引玉的作用。