C++如何实现简单的协程(Coroutines)示例

煙雲

煙雲

2026-06-03

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原创

最简c++20协程需clang 13+/msvc 19.30+或gcc 12+,包含promise_type、返回类型(如task)和co_await/co_return函数体,必须正确管理coroutine_handle生命周期以防泄漏。

c++如何实现简单的协程(coroutines)示例

用 C++20 co_await 写最简协程,必须开 C++20 且选对编译器

标准协程不是“加个关键字就能跑”,clang 13+MSVC 19.30+ 可以,gcc 12 虽支持但需手动实现 promise type,gcc 11 及更早版本直接不识别 co_await。项目里先确认 g++ -std=c++20 --version 输出是否 ≥12,否则别浪费时间调语法。

最小可运行结构包含三部分:promise_type(定义协程行为)、返回类型(含 get_return_object()initial_suspend())、函数体(含 co_awaitco_return)。

  • promise_type 必须是返回类型的嵌套类,且公开提供 get_return_object()initial_suspend()final_suspend()return_void()(或 return_value(T)
  • 协程函数返回类型不能是 void;常见做法是返回自定义的 Task
  • 没实现 await_transform 时,co_await 后面只能跟已定义 await_ready/await_suspend/await_resume 的对象

std::suspend_alwaysstd::suspend_never 控制挂起时机

这两个是标准库提供的 awaiter,决定协程在进入/退出时是否立刻挂起。比如 initial_suspend() 返回 std::suspend_always{},协程创建后不立即执行,等你显式调用 resume;若返回 std::suspend_never{},协程会从头跑到第一个挂起点(或结束)。

实际调试时容易卡在“协程没执行”,大概率是 initial_suspend() 返回了 std::suspend_always 却忘了调 handle.resume() —— 这不是 bug,是设计如此。

  • final_suspend() 返回 std::suspend_always:协程结束时不自动销毁,留给外部清理资源(比如回收 coroutine_handle
  • final_suspend() 返回 std::suspend_never:协程栈被自动释放,再访问 handle 会 UB
  • 不要在 await_suspend 里直接调 handle.resume(),除非你要实现“同步等待”,否则极易栈溢出

手写一个可 co_await 的简单awaiter:延迟 1 秒再继续

想让协程暂停 1 秒,不能直接写 co_await std::this_thread::sleep_for(1s) —— sleep_for 不是 awaitable。得自己包装:

C函数速查手册(CHM版)
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struct DelayAwaiter {
    std::chrono::steady_clock::duration d;
    bool await_ready() const noexcept { return d  h) {
        // 真实项目应投递到线程池或 event loop
        std::thread([h, d = this->d] {
            std::this_thread::sleep_for(d);
            h.resume();
        }).detach();
    }
    void await_resume() const noexcept {}
};

注意点:

  • await_suspend 接收的是 std::coroutine_handle,不是当前协程的 handle;它代表被挂起的那个协程
  • 上面示例用 detach() 是为了最小化依赖,但生产环境必须用调度器管理线程生命周期,否则进程退出时 detached thread 可能 crash
  • 如果只是测试,把 await_suspend 改成 std::this_thread::sleep_for(d); h.resume(); 更直观,但它会阻塞当前线程

协程 handle 泄露是常见内存问题

每个协程实例背后有堆分配的帧(除非启用 stackless 优化),而 coroutine_handle 是裸指针语义——没有 RAII 封装。漏掉 handle.destroy() 就等于内存泄漏,且不会报错。

典型错误模式:把 Task 返回值存在局部变量里,函数返回后 handle 丢失,无法 destroy。

  • 务必确保每个 coroutine_handle::from_address(...)get_return_object() 得到的 handle,最终都有一次且仅一次 destroy()
  • 不要用 raw coroutine_handle 做函数参数传递;封装成 unique_coroutine(带 move-only 析构)更安全
  • 用 AddressSanitizer 编译(-fsanitize=address)能捕获部分 handle 悬空访问,但检测不到纯泄漏

协程真正难的不是语法,是生命周期和调度模型的匹配;写完一个 co_await 示例后,先检查 handle 是否被正确持有和释放,比验证逻辑正确性还重要。

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