想了解上一篇文章內(nèi)容的小伙伴可點(diǎn)擊 C++20 特性 協(xié)程 Coroutines (1)

談到什么是協(xié)程. 并且介紹了 co_yield 和 co_return 的作用. 這篇來(lái)介紹一下 co_await.

1、co_await

一個(gè)形如：

co_await awaitable

的表達(dá)式就叫一個(gè) await-expression. co_await 表達(dá)式是用來(lái)暫停當(dāng)前協(xié)程的運(yùn)行, 轉(zhuǎn)而等待 awaitable 的結(jié)果. 然后 awaitable 進(jìn)行計(jì)算, 最終返回一個(gè) awaiter 結(jié)構(gòu)用來(lái)告訴 co_await 要做什么.

co_await 所在的函數(shù)塊本身就是協(xié)程, 所以這個(gè) co_await 也得配上一個(gè) promise 和一個(gè) coroutine_handle. 就像上篇文章里面 generator 類之類的東西.

這個(gè) awaitable 可以是很多東西, 首先會(huì)檢查 promise 有沒(méi)有提供 await_transform 函數(shù), 如果有就會(huì)用上, 沒(méi)有就不管.

(只要提供了任何一個(gè) await_transform, 那么每一個(gè) awaitable 都需要找到適合它的重載, 否則就會(huì)報(bào)錯(cuò). 庫(kù)的實(shí)現(xiàn)者可以通過(guò) await_transform 接口來(lái)限制哪些 awaitable 可以用在協(xié)程之中. 參見(jiàn)https://stackoverflow.com/q/65787797/14406396 )

之后的話, 會(huì)查找 operator co_await 這個(gè)函數(shù), 預(yù)期這個(gè) operator 返回一個(gè) awaiter.已經(jīng)是一個(gè) awaiter 了.

2、awaiter 的三個(gè)接口用途

一個(gè) awaiter 需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)接口 await_ready() , await_suspend(std::coroutine_handle<P>) , await_resume() .

只要實(shí)現(xiàn)了這三個(gè)接口的東西就是 awaiter.

await_ready() 告訴 co_await 自己好了沒(méi).

await_suspend(h) 可以選擇返回 void , bool , std::coroutine_handle<P> 之一. h 是本協(xié)程的 handle. P是本協(xié)程的 promise 類型 (或者是 void, 見(jiàn)第三篇中的解釋).

如果 await_ready() 返回 false , 這個(gè)協(xié)程就會(huì)暫停. 之后:

• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 std::coroutine_handle<Z>, 那么就會(huì)恢復(fù)這個(gè) handle. 即運(yùn)行 await_suspend(h).resume(). 這意味著暫停本協(xié)程的時(shí)候, 可以恢復(fù)另一個(gè)協(xié)程.
• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 bool, 那么看 await_suspend(h) 的結(jié)果, 是 false 就恢復(fù)自己.
• 如果 await_suspend(h) 返回類型是 void, 那么就直接執(zhí)行. 執(zhí)行完暫停本協(xié)程.

如果 await_ready() 返回 true 或者協(xié)程被恢復(fù)了, 那么就執(zhí)行 await_resume() , 它得到的結(jié)果就是最終結(jié)果.

所以說(shuō), 這await_ready, await_suspend, await_resume 三個(gè)接口分別表示 "有沒(méi)有準(zhǔn)備好", "停不停", "好了該咋辦". 設(shè)計(jì)還是很自然的.

C++ 的協(xié)程是非對(duì)稱協(xié)程, 是有一個(gè)調(diào)用/被調(diào)用的關(guān)系的. 一個(gè)協(xié)程被某個(gè)東西喚醒了, 那么它下次暫停的時(shí)候, 就會(huì)把控制流還給那個(gè)喚醒它的東西. 所以 C++ 的協(xié)程完全可以看作是一個(gè)可重入的函數(shù).

3、協(xié)程用法的回顧

再來(lái)看上一篇文章中的偽代碼

{
promise-type promise(promise-constructor-arguments); 
try {
    co_await promise.initial_suspend(); // 創(chuàng)建之后 第一次暫停
    function-body // 函數(shù)體
} catch ( ... ) {
    if (!initial-await-resume-called)
    throw; 
    promise.unhandled_exception(); 
}

final-suspend:
co_await promise.final_suspend(); // 最后一次暫停
}

catch 塊里面出現(xiàn)的 !initial-await-resume-called 就是指 promise.initial_suspend() 返回的那個(gè) await_resume() 有沒(méi)有被執(zhí)行過(guò).

如果執(zhí)行了, 那么這個(gè) flag 就會(huì)立刻變成 true. 然后調(diào)用 promise.unhandled_exception() 來(lái)處理異常.

一個(gè)例子：

由于 co_await 對(duì)這三個(gè)東西的應(yīng)該做什么沒(méi)有做任何限制, 所以可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)很多功能.

舉個(gè)例子 (來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)), 比如我們想要設(shè)計(jì)一個(gè)協(xié)程, 能夠停下任意的正時(shí)長(zhǎng), 就可以這樣設(shè)計(jì):

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 awaitervvxyksv9kd;
}

這樣的話, 如果輸入一個(gè)正的時(shí)間, 就會(huì)調(diào)用 await_suspend() 進(jìn)行暫停了. 如果輸入的時(shí)間是負(fù)的, 那就通過(guò) await_ready() 返回 true 繞過(guò)了這個(gè)過(guò)程.

當(dāng)然, 調(diào)用它需要在一個(gè)協(xié)程中, 也就意味著需要一個(gè) promise 和 coroutine_handle 包裝類的配合. 像這樣

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);
}

當(dāng)然, 一個(gè)函數(shù)也可以放在 co_await 的右邊, 就像 co_await g(); 只要返回的結(jié)構(gòu)里面有那三個(gè) await_* 接口就行. 甚至你可以直接 co_await std::suspend_always{};

下面是協(xié)程流控的細(xì)致分析.

int main()
{
    auto h = sleep_coro(); 
// 這一步創(chuàng)建協(xié)程, 在 co_await initial_suspend 處, 執(zhí)行完 await_ready, await_suspend. 返回 main
// 注意 initial_suspend 返回的是 std::suspend_always{}
// 所以是一定暫停, 并且 resume 的時(shí)候什么都不做

    h.resume();
// 這一步執(zhí)行上一個(gè) await_resume 以后(什么都不做), 執(zhí)行了 printf("Start sleeping\n");
// 然后收到 co_await 1s 返回的結(jié)構(gòu), 其中 await_suspend 里面需要暫停.
// 然后執(zhí)行完 await_ready, await_suspend (在這個(gè)函數(shù)里暫停 1s), 返回 main

    h.resume();
// 這一步執(zhí)行完 await_resume 以后(初始化 ans = 1)
// 執(zhí)行了 printf("End sleeping, with ans = %d\n", ans);
// 然后在 co_await final_suspend 處執(zhí)行完 await_ready, await_suspend. 就返回 main

}

示列代碼見(jiàn)這里

到這里大家可以重新會(huì)到（1）去看看：C++20 特性 協(xié)程 Coroutines(1)

到此這篇關(guān)于C++20 新特性 協(xié)程 Coroutines(2)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++20 協(xié)程 Coroutines內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論