1、協程是什么  

協程可以理解為特數的函數，即可掛起與恢復的函數，而我們的普通函數只能一直執行到底，有沒有感覺比普通的函數更厲害一些？協程一般都可以被劃分為兩大類，一類是有棧(tickful) 協程，例如goroutine，libco等；另一類是無棧(stackless)協程，例如C++、C#等。

這里說明一點，所謂的有棧、無棧并不是說這個協程運行的時候有沒有棧，而是說協程之間是否存在調用棧，C++20協程是屬于后者，協程之間調用就是通過在堆上分配協程幀空間實現的。

2、C++20協程 

C++ 20標準引入了協程(coroutine)從此C++進入了協程時代，不過C++20協程只是包含了編譯器需要的底層功能，開發者使用相對復雜一些，進行封裝后才可以進一步使用。

2.1 C++20協程整體流程

下面我們看一下C++20協程的整體執行流程：

圖1

針對上圖1中的每個模塊釋義如下：

0、開始執行協程；

1、首先在堆上分配協程幀，大小包括實參大小，局部變量大小（包括寄存器），promise_type對象大小，協程狀態等；

2、把協程的實參拷貝到協程幀中；

3、構造promise_type對象，promise_type構造函數如果與協程的構造函數完全一致，那么調用這個構造函數，否則調用默認構造函數；

4、通過promise_type對象來構造協程的返回類型Corouting_obj對象；

5、執行表達式co_awaitpromise_type.inintial_suspend()，可以掛起，此處為定制點，可以自定義協程行為；

6、如果協程在initial_suspend處掛起了，則需要等待回復進行執行；

7、協程函數體代碼執行；

8、通過co_return語句返回時，將轉換成對promise_type類型的return_void或return_value接口進行調用，二者選其中之一。具體看co_return后面跟著的表達式，如果沒有表達式或者是void，轉換為return_void，否則轉換為return_value。co_return語句表示這個協程即將結束其生命期；

9、協程體內發生了異常，由unhandled_exception接口對異常進行處理；

10、final_suspend允許協程結束前掛起，當協程體內拋出異常或者通過co_return返回時都將到達這個掛起點，可以自定義行為，但不能拋出異常，所以實現時需要被修飾為noexcept；

11、堆內存申請失敗，處理異常函數

promise_type::get_return_object_on_allocation_failure()；

2.2 C++20協程特點

2.1節介紹了C++協程的整個執行過程，那么c++20為開發者實現協程又提供了哪些新的關鍵詞、 以及什么樣的函數看作是協程而不是普通函數呢？下面我們簡單介紹一下C++20協程一些特點：

1、如果函數中包含了co_return, co_await, co_yield中的任意一個，這個函數就會被當作協程來處理；

2、協程被掛起后那么其局部變量或狀態等需要被保存下來，通過操作協程句柄（corouting_handle)來管理寫協程。協程句柄是一個對象，包含了分配在堆上協程幀指針和一些操作協程成員函數；

3、協程中promise_type類型能夠讓我們定制的有initial_suspend、final_suspend、yield_value、return_value或return_void、unhandled_exception等行為，這些行為在協程被調用時生效；

4、co_await表達式涉及了awaitable對象、awaiter對象相關概念，可以通過定義await_transform函數得到awaitable對象，可以通過重載operator co_await操作符得到awaiter對象；

2.3 C++20協程使用示例代碼

下面我們通過協程實現一個簡單的生成器（Generator)，具體代碼示例如下，代碼親測可跑，只要支持C++20特性的C++編譯器即可：

#include <iostream>
#include <coroutine>
template<typename T>
struct Generator{
public:
    struct ValueAwaiter{
        constexpr bool await_ready(){
            return false;
        }
        template<typename promise_type>
        void await_suspend(std::coroutine_handle<promise_type> h){
            h.promise().value_ = value_;
        }
        void await_resume(){}
        T value_;
    };
    struct promise_type{
        std::suspend_always initial_suspend() noexcept{
            return {};
        }
        std::suspend_always final_suspend() noexcept{
            return {};
        }
        Generator get_return_object(){
            return Generator{std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)};
        }
        void unhandled_exception(){
            throw std::current_exception();
        }
        void return_void(){
        }
        auto await_transform(T v){
            return ValueAwaiter{v};
        }
        std::suspend_always yield_value(T v){
            value_ =v;
            return {};
        }
    public:
        T value_;
    };
    T next(){
        handle_.resume();
        return handle_.promise().value_;
    }
public:
    std::coroutine_handle<promise_type> handle_;
};
Generator<int> get_number(){
    int i{0};
    while (true){
        co_yield i++;
    }
}
int main(){
    auto g = get_number();
    for(int j = 0; j < 10; ++j){
        std::cout << g.next() << std::endl;
    }
}

上面代碼中Gernerator就是一個協程object，函數get_number滿足C++20協程特性使用了co_yield，因此是一個協程，而不是普通函數。執行結果如下：

3、總結 

C++20只是提供了簡單的協程特性，開發人員如果要用到生產環境，就需要自己開發相關庫，相對難度較大一些，在未來我們可以期待有更多更好的協程庫 進入后續的C++標準(C++23, C++26), 這樣開發人員更好的使用協程了。