0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

关于C++ 20协程最全面详解

Linux爱好者 来源:Tangwz 作者:计算机科学 2021-04-12 11:10 次阅读

C++20 带着 Coroutines 来了!

花了一两周的时间后,我想写写 C++20 协程的基本用法,因为 C++ 的协程让我感到很奇怪,写一个协程程序十分费劲。让我们抛去复杂的东西,来看看写一个 C++ 协程需要哪些东西。

编译器支持

由于 C++ 20 还没被所有编译器完全支持,首先需要确保你的编译器实现了 Coroutines,可以通过下面的网站查看编译器支持情况:https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support#cpp20

值得一提,我使用的 MacOS 自带的 Apple Clang 对 C++20 支持很弱,我选择通过 Homebrew 安装最新版的 GNU GCC (10 以上版本)来编译。

我使用的 GNU GCC 10.2 版本编译指令:

g++ -fcoroutines -std=c++20

Clang 支持不够好,不推荐使用。Clang 可以使用如下命令编译:

clang++ -std=c++20 -stdlib=libc++ -fcoroutines-ts

不推荐 Clang 还有一个理由:使用 Clang 需要 include 头文件 《experimental/coroutine》 而不是 《coroutine》。此外,一些类型被命名为 std:xxx 而不是 std:xxx。

以下示例代码只支持 GNU GCC 版本的编译器。

C++ 协程简介

在正式开始之前,我们先要理解 C++20 中协程使用的一些术语。

首先,什么是协程?

协程就是一个可以挂起(suspend)和恢复(resume)的函数(但无论如何不能是 main 函数)。你可以暂停协程的执行,去做其他事情,然后在适当的时候恢复到暂停的位置继续执行。协程让我们使用同步方式写异步代码。

怎么挂起协程呢?C++ 提供了三个方法:co_await, co_yield 和 co_return。

顺便说一句:coroutine 不是并行(parallelism),和 Go 语言的 goroutine 不一样!

与你之前接触到的协程完全不同,一个 C++ 协程一般长这样:

0511f8d4-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

这奇怪的协程代码涉及了 C++ 协程很重要的三个概念:

promise_type

Awaitable

std::coroutine_handle《》

在写 C++20 的协程之前,我们必须需要先了解三个概念,可以用这三张图来形容这三个概念:

Promise

C++ 协程的返回类型必须是 promise_type,promise_type 是一个 interface,你可以用它来控制协程,在协程的生命周期中注入自定义行为:

get_return_object:控制协程的返回对象

initial_suspend:在协程开始的时候挂起

final_suspend:在协程结束的时候挂起

协程的生命周期如下,用户自定义的函数 《function-body》 被包裹在下面的伪代码中(来源:http://eel.is/c++draft/dcl.fct.def.coroutine#5):

061ed03a-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

可以看到,initial_suspend 会在进入协程(也就是函数)之前执行,final_suspend 会在协程返回之前执行。

如果 final_suspend 真的挂起了协程,那么作为协程的调用者,你需要手动的调用 destroy 来释放协程;如果 final_suspend 没有挂起协程,那么协程将自动销毁。先记住这句话,在后面还会提到。

除此之外,Promise 还有一些其它责任:

return_void()/return_value()/yield_value() 方法: 用来控制 co_return 和 co_yield的行为;

unhandled_exception() 处理异常

创建和销毁协程的 stackframe

处理 stackframe 创建可能发生的异常

stackframe :函数运行时占用的内存空间,是栈上的数据集合,它包括:

Local variables

Saved copies of registers modified by subprograms that could need restoration

Argument parameters

Return address

Awaitable

第二个概念是 Awaitable,Awaitable 负责管理协程挂起时的行为。

一个 Awaitable 对象可以成为 co_await 调用的对象。Awaitable 拥有以下方法:

await_ready():是否要挂起,如果返回 true,那么 co_await 就不会挂起函数;

await_resume():co_await 的返回值,通常返回空;

await_suspend():协程挂起时的行为;

可以在 await_suspend 中实现 await_ready 的效果,例如直接不挂起当前的协程,但在调用 await_suspend 之前,编译器必须将所有状态捆绑到协程的 stackframe 中,这会更耗时。

有时候我们的协程并不需要自定义复杂的行为,C++ 提供了两个默认的 Awaitable:

066f0cee-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

suspend_always::await_ready() 总是返回 false,而 suspend_always::await_ready() 总是返回 true。其他的方法都是空的,没有任何作用。

如果没有其它多余的行为,我们可以在函数中直接调用 co_await std::suspend_always{} 来挂起一个函数。

Coroutine Handle

co_await 挂起函数,并创建了一个可调用对象,这个对象可以用来恢复Hanns乎的执行。这个可调用对象的类型就是 std::coroutine_handle《》,最常用的两个方法是:

handle.resume():恢复协程的执行;

handle.destroy():销毁协程;

Coroutine Handle 很像指针,我们可以复制它,但析构函数不会释放相关状态的内存。为了避免内存泄漏,一般要调用 handle.destroy() 来释放(尽管在某些情况下,协程会在完成后自行销毁——前文有提到)。同样像指针一样,一旦销毁了一个 Coroutine Handle ,指向同一个协程的另一个 Coroutine Handle 将指向垃圾,并在调用时表现出未定义行为。

学习更复杂的用法之前,我们先看下示例。

示例

0685f77e-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

这个简短的示例展示了 C++ 实现协程 “Hello world” 程序。我们执行完 “Hello ” 后挂起函数,又在执行 handle.resume() 后恢复函数的运行。

非常简单,不再过多解释。

co_yield

C++ 协程与一个 Promise 交互之所以如此笨拙,有一个特殊原因就是为了 co_yield。

如果 promise 是当前协程的 Promise 对象,那么执行:

co_yield 《expression》;

相当于执行了:

co_await promise.yield_value(《expression》);

所以,需要在 promise_type 中添加一个 yield_value 方法。上面的例子可以改为:

069b7752-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

可以用 co_yield 实现 Python 中的生成器,参考:https://lewissbaker.github.io/2018/09/05/understanding-the-promise-type

co_return

执行 co_return 语句时:

co_return 《expression》;

相当于执行了:

co_return promise.return_value(《expression》); goto end;

下面再给出示例加上 co_return 的版本:

06dfe96e-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

复杂一些

到此, Awaitable 和 Coroutine Handle 好像还没有发挥什么作用,我写的示例程序都非常简单。

如果我们想在协程挂起的时候,做更多的动作,一般将 Coroutine Handle 传到 Awaitable 的 await_suspend() 中,用一个官网的例子展示一下:

073746dc-9b2f-11eb-8b86-12bb97331649.png

小结

本文简单介绍了 C++ 协程,希望下次你写 C++ 协程的时候,首先想到这三个东西:

我本人也不是编程语言专家,对于 C++ 协程总觉得有些繁琐、怪异,或许是我并不清楚 C++ 在原有情况下支持协程的困难,但我依然觉得 C++ 团队可以做得更好。

我还需要花时间弄明白到底该如何在项目中使用这臃肿的协程。

不过,可以预见到的是,我们会在越来越多的 C++ 项目中看到协程的身影。比如 facebook folly 就已经实现了一个实验阶段的协程框架
编辑:lyn

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • C++
    C++
    +关注

    关注

    22

    文章

    2114

    浏览量

    74014
  • 代码
    +关注

    关注

    30

    文章

    4850

    浏览量

    69334
  • 编译器
    +关注

    关注

    1

    文章

    1645

    浏览量

    49386

原文标题:如何编写 C++ 20 协程(Coroutines)

文章出处:【微信号:LinuxHub,微信公众号:Linux爱好者】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    相关推荐

    Spire.XLS for C++组件说明

    Spire.XLS for C++ 是一款专业的 C++ Excel 组件,可以用在各种 C++ 框架和应用程序中。Spire.XLS for C++ 提供了一个对象模型 Excel
    的头像 发表于 01-14 09:40 219次阅读
    Spire.XLS for <b class='flag-5'>C++</b>组件说明

    国产舜铭存储SF25C20对标MB85RS2MT性能、优势全面解析

    国产舜铭存储SF25C20对标MB85RS2MT性能、优势全面解析
    的头像 发表于 01-06 10:20 160次阅读
    国产舜铭存储SF25<b class='flag-5'>C20</b>对标MB85RS2MT性能、优势<b class='flag-5'>全面</b>解析

    HighTec C/C++编译器套件全面支持芯来RISC-V IP

    德国萨尔布吕肯,2024年12月5日——世界领先的汽车C/C++编译器解决方案提供商HighTec EDV Systeme GmbH宣布全面支持芯来科技的RISC-V IP。HighTec编译器
    的头像 发表于 12-23 09:04 451次阅读
    HighTec <b class='flag-5'>C</b>/<b class='flag-5'>C++</b>编译器套件<b class='flag-5'>全面</b>支持芯来RISC-V IP

    同样是函数,在CC++中有什么区别

    同样是函数,在 CC++ 中有什么区别? 第一个返回值。 C语言的函数可以不写返回值类型,编译器会默认为返回 int。 但是 C++ 的函数,除了构造和析构这两个特殊的函数,必须
    的头像 发表于 11-29 10:25 500次阅读

    C7000 C/C++优化指南用户手册

    电子发烧友网站提供《C7000 C/C++优化指南用户手册.pdf》资料免费下载
    发表于 11-09 15:00 0次下载
    <b class='flag-5'>C</b>7000 <b class='flag-5'>C</b>/<b class='flag-5'>C++</b>优化指南用户手册

    TMS320C6000优化C/C++编译器v8.3.x

    电子发烧友网站提供《TMS320C6000优化C/C++编译器v8.3.x.pdf》资料免费下载
    发表于 11-01 09:35 0次下载
    TMS320<b class='flag-5'>C</b>6000优化<b class='flag-5'>C</b>/<b class='flag-5'>C++</b>编译器v8.3.x

    C语言和C++中结构体的区别

    同样是结构体,看看在C语言和C++中有什么区别?
    的头像 发表于 10-30 15:11 397次阅读

    C7000优化C/C++编译器

    电子发烧友网站提供《C7000优化C/C++编译器.pdf》资料免费下载
    发表于 10-30 09:45 0次下载
    <b class='flag-5'>C</b>7000优化<b class='flag-5'>C</b>/<b class='flag-5'>C++</b>编译器

    使用TMS320C6416处理器:Turbo处理器(TCP)

    电子发烧友网站提供《使用TMS320C6416处理器:Turbo处理器(TCP).pdf》资料免费下载
    发表于 10-23 10:16 0次下载
    使用TMS320<b class='flag-5'>C</b>6416<b class='flag-5'>协</b>处理器:Turbo<b class='flag-5'>协</b>处理器(TCP)

    使用TMS320C6416处理器:Viterbi处理器(VCP)

    电子发烧友网站提供《使用TMS320C6416处理器:Viterbi处理器(VCP).pdf》资料免费下载
    发表于 10-21 09:36 0次下载
    使用TMS320<b class='flag-5'>C</b>6416<b class='flag-5'>协</b>处理器:Viterbi<b class='flag-5'>协</b>处理器(VCP)

    OpenVINO2024 C++推理使用技巧

    很多人都使用OpenVINO新版的C++ 或者Python的SDK,都觉得非常好用,OpenVINO2022之后的版本C++ SDK做了大量的优化与整理,已经是非常贴近开发的使用习惯与推理方式。与OpenCV的Mat对象对接方式更是几乎无缝对接,非常的方便好用。
    的头像 发表于 07-26 09:20 1112次阅读

    C++语言基础知识

    电子发烧友网站提供《C++语言基础知识.pdf》资料免费下载
    发表于 07-19 10:58 8次下载

    C++中实现类似instanceof的方法

    C++有多态与继承,但是很多人开始学习C++,有时候会面临一个常见问题,就是如何向下转型,特别是不知道具体类型的时候,这个时候就希望C++ 可以向Java或者Python中有instanceof这个
    的头像 发表于 07-18 10:16 707次阅读
    <b class='flag-5'>C++</b>中实现类似instanceof的方法

    鸿蒙OS开发实例:【Native C++

    使用DevEco Studio创建一个Native C++应用。应用采用Native C++模板,实现使用NAPI调用C标准库的功能。使用C标准库hypot接口计算两个给定数平方和的平
    的头像 发表于 04-14 11:43 2857次阅读
    鸿蒙OS开发实例:【Native <b class='flag-5'>C++</b>】

    使用 MISRA C++:2023® 避免基于范围的 for 循环中的错误

    在前两篇博客中,我们 向您介绍了新的 MISRA C++ 标准 和 C++ 的历史 。在这篇博客中,我们将仔细研究以 C++ 中 for 循环为中心的特定规则。
    的头像 发表于 03-28 13:53 898次阅读
    使用 MISRA <b class='flag-5'>C++</b>:2023® 避免基于范围的 for 循环中的错误