Coroutine应该会顺利进入C++20标准中了，本文稍微学习和探讨一下C++的Coroutine。

序言

Coroutine并不是什么新鲜概念，而是在打孔计算机时代就存在的概念。简单来说Coroutine和一个函数十分类似，都可以被调用，并返回一定的结果。区别在于，普通函数只能一次调用一次返回，而Coroutine则可以多次调用，并且多次返回，每次可以返回不同的值。由于这个特性，Coroutine自身可以在多次返回之间保存一定的状态，有时候可以简化代码组织。

通常意义上，代码的复杂度来源于代码状态中的复杂度。如果以数据驱动的方式（也就是用表）来管理状态的话，由于状态和驱动状态的事件之间的映射会有冗余和重复的地方，导致代码膨胀繁杂。举一个简单的例子，如果一个对象有三种状态：开始、工作中、暂停。对于一个外部事件，该对象必须定义在每一种状态下如何处理此事件。推而广之，每新增一个事件，就必须在每个状态定义对事件的处理。可能出现的情况是某些事件在某种状态之上可能压根儿没有意义，但既然是表驱动，就得完备，所有的可能性都得考虑。

如果使用Coroutine来管理状态就会简化一些。每个Coroutine代表某种意图，要完成某种任务。基于Coroutine来管理状态，就是基于意图来管理状态，这样容易忽略那些跟意图无关的事件，不必面面俱到。同时Coroutine是动态的，又具有生命周期，在其生命周期结束的时候，也可以回避相应的事件处理。跟表驱动的静态的状态管理不同，Coroutine是动态的，可调度的，可规划的，利用到了运行时的信息。

并发和异步

Coroutine常常用于并发和异步。并发是指打包代码，在合适的时候放置到操作系统的执行单元（进程，线程）上执行。异步指的是不要在调用一个子过程的时候将自己阻塞（被操作系统接管）。

现代的操作系统对其执行单元（进程、线程）的管理都是非常粗放式的。一旦一个可执行体（一个程序或者一段代码）被加载执行之后，这个可执行体就得不断执行，直到执行结束，或者因为某些操作阻塞在操作系统内核之中。说些不好听的，这些可执行体就像没有理性的疯狗，不知道自己为什么生，为什么死，为何被释放出来，也不知自己为何被限制行动，总之唯一会做的就是在有行动权力的时候盯着目标乱咬。这是因为操作系统对执行单元的调度是基于贪婪的假设。也就是说，操作系统认为，一个可执行体的目的一定是尽最大努力来消耗计算资源（CPU资源），直至被制止，或者因为需要等待操作系统提供某种资源而阻塞。

而所谓的并发和异步编程其实就是为了从操作系统拿回一些颜面。前面说了，并发是为了自己打包可执行体，从而自己可以管理这些可执行体。而异步则是避免立即执行那些可执行体，而是等到自己觉得合适的时候再做执行。

栈自带（Stackful）和栈借用（Stackless）

通常Coroutine的实现可以分为两种：栈自带和栈借用。如果是栈自带，每个Coroutine都会动态分配一段栈（就像每个线程有自己的栈一样）；如果是栈借用，则是需要借用Coroutine调用者的栈。

这两种实现各有好坏，简单总结地说，栈自带的Coroutine因为不受宿主栈的限制，其挂起和恢复更加灵活，在一个Coroutine内部嵌套调用了多个子函数之后，依然可以挂起返回宿主的上下文，但是缺点也很明显，那就是每个Coroutine都需要动态分配栈，更消耗内存。

栈借用的Coroutine跟普通的函数调用类似，但是由于没有自带的栈，所以挂起的时候只能将当前Coroutine的状态保存到动态分配的内存，而无法将整个调用链保存起来。内存消耗是减少了，可是某个Coroutine只能等所有嵌套调用的子函数返回之后，才能被挂起。另外，由于寄生在宿主栈上，挂起的时候需要将当前栈帧上的内容保存到动态内存，恢复的时候需要从动态内存中恢复出堆栈，这两个操作都需要编译器在语言层面提供支持。

和栈借用类型的Coroutine相比，栈自带类型的Coroutine不需要语言层面的支持，完全可以用库实现。如COROUTINES INTRODUCTION一文中描述的，栈自带类型的Coroutine有：

另外像Green Threads，Fiber，Goroutine等等都是栈自带类型的Coroutine。

从实现上讲，栈自带的Coroutine可以借用操作系统提供的API来实现。比如上面列举的libtask，是通过setcontext接口来实现不同Coroutine之间的栈切换。另外，通常而言，栈自带的Coroutine需要实现一个调度器，来管理所有Coroutine，提供类似操作系统提供的服务。一个还是来自于libtask的例子，其所有Coroutine的IO都是非阻塞的，IO是否就绪由一个专门的task来管理，这个task通过poll接口轮询文件描述符集合，然后在文件描述符就绪的时候唤醒等待IO的task，让调度器重新调度这个task。所以libtask中，只有负责poll文件描述符的task可以阻塞，其他task都不能阻塞。因此，负责poll的task必须设置为优先级最低，等其他task都挂起后才能执行。

另外值得一提的是，libtask的作者也是Go语言的主力开发者。不怀疑Go语言的goroutine也是类似实现。

参考：

（本篇完）