C++20 新特性 协程 Coroutines(2)
想了解上一篇文章内容的小伙伴可点击 C++20 特性 协程 Coroutines (1)
谈到什么是协程. 并且介绍了 co_yield
和 co_return
的作用. 这篇来介绍一下 co_await
.
1、co_await
一个形如:
co_await awaitable
的表达式就叫一个 await-expression. co_await
表达式是用来暂停当前协程的运行, 转而等待 awaitable
的结果. 然后 awaitable 进行计算, 最终返回一个 awaiter
结构用来告诉 co_await
要做什么.
co_await
所在的函数块本身就是协程, 所以这个 co_await
也得配上一个 promise
和一个 coroutine_handle
. 就像上篇文章里面 generator
类之类的东西.
这个 awaitable
可以是很多东西, 首先会检查 promise 有没有提供 await_transform
函数, 如果有就会用上, 没有就不管.
(只要提供了任何一个 await_transform
, 那么每一个 awaitable 都需要找到适合它的重载, 否则就会报错. 库的实现者可以通过 await_transform 接口来限制哪些 awaitable 可以用在协程之中. 参见https://stackoverflow.com/q/65787797/14406396 )
之后的话, 会查找 operator co_await
这个函数, 预期这个 operator
返回一个 awaiter
.已经是一个 awaiter
了.
2、awaiter 的三个接口用途
一个 awaiter
需要实现三个接口 await_ready()
, await_suspend(std::coroutine_handle<P>) , await_resume() .
只要实现了这三个接口的东西就是 awaiter
.
await_ready()
告诉 co_await
自己好了没.
await_suspend(h)
可以选择返回 void , bool , std::coroutine_handle<P> 之一. h 是本协程的 handle. P是本协程的 promise 类型 (或者是 void, 见第三篇中的解释).
如果 await_ready()
返回 false , 这个协程就会暂停. 之后:
- 如果
await_suspend(h)
返回类型是 std::coroutine_handle<Z>, 那么就会恢复这个 handle. 即运行await_suspend(h).resume()
. 这意味着暂停本协程的时候, 可以恢复另一个协程. - 如果
await_suspend(h)
返回类型是 bool, 那么看 await_suspend(h) 的结果, 是 false 就恢复自己. - 如果
await_suspend(h)
返回类型是 void, 那么就直接执行. 执行完暂停本协程.
如果 await_ready()
返回 true 或者协程被恢复了, 那么就执行 await_resume()
, 它得到的结果就是最终结果.
所以说, 这await_ready
, await_suspend
, await_resume
三个接口分别表示 "有没有准备好", "停不停", "好了该咋办". 设计还是很自然的.
C++ 的协程是非对称协程, 是有一个调用/被调用的关系的. 一个协程被某个东西唤醒了, 那么它下次暂停的时候, 就会把控制流还给那个唤醒它的东西. 所以 C++ 的协程完全可以看作是一个可重入的函数.
3、协程用法的回顾
再来看上一篇文章中的伪代码
{ promise-type promise(promise-constructor-arguments); try { co_await promise.initial_suspend(); // 创建之后 第一次暂停 function-body // 函数体 } catch ( ... ) { if (!initial-await-resume-called) throw; promise.unhandled_exception(); } final-suspend: co_await promise.final_suspend(); // 最后一次暂停 }
catch
块里面出现的 !initial-await-resume-called
就是指 promise.initial_suspend()
返回的那个 await_resume()
有没有被执行过.
如果执行了, 那么这个 flag 就会立刻变成 true. 然后调用 promise.unhandled_exception() 来处理异常.
一个例子:
由于 co_await
对这三个东西的应该做什么没有做任何限制, 所以可以用来实现很多功能.
举个例子 (来自标准库), 比如我们想要设计一个协程, 能够停下任意的正时长, 就可以这样设计:
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 awaiter{d}; }
这样的话, 如果输入一个正的时间, 就会调用 await_suspend()
进行暂停了. 如果输入的时间是负的, 那就通过 await_ready()
返回 true 绕过了这个过程.
当然, 调用它需要在一个协程中, 也就意味着需要一个 promise
和 coroutine_handle
包装类的配合. 像这样
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); }
当然, 一个函数也可以放在 co_await
的右边, 就像 co_await g();
只要返回的结构里面有那三个 await_* 接口就行. 甚至你可以直接 co_await std::suspend_always{};
下面是协程流控的细致分析.
int main() { auto h = sleep_coro(); // 这一步创建协程, 在 co_await initial_suspend 处, 执行完 await_ready, await_suspend. 返回 main // 注意 initial_suspend 返回的是 std::suspend_always{} // 所以是一定暂停, 并且 resume 的时候什么都不做 h.resume(); // 这一步执行上一个 await_resume 以后(什么都不做), 执行了 printf("Start sleeping\n"); // 然后收到 co_await 1s 返回的结构, 其中 await_suspend 里面需要暂停. // 然后执行完 await_ready, await_suspend (在这个函数里暂停 1s), 返回 main h.resume(); // 这一步执行完 await_resume 以后(初始化 ans = 1) // 执行了 printf("End sleeping, with ans = %d\n", ans); // 然后在 co_await final_suspend 处执行完 await_ready, await_suspend. 就返回 main }
示列代码见这里
到这里大家可以重新会到(1)去看看:C++20 特性 协程 Coroutines(1)
到此这篇关于C++20 新特性 协程 Coroutines(2)的文章就介绍到这了,更多相关C++20 协程 Coroutines
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