本文接着探讨准备进入C++20的Coroutine。

这篇讲co_await操作。记得前面举了一个例子。一个Coroutine就像是一个巧克力块，可以撕开分成小份分给不同的人吃。co_await操作就像是这个撕开的操作，允许你把函数体撕开，分开执行。co_await提供足够的灵活性，让你能够做一些决定：

  • 要撕还是不撕
  • 撕开之后还可以想一想，是自己吃还是别人吃

具体而言，co_await awaitable;这个操作会被编译器改写成：

if (not awaitable.await_ready()) {
  // suspend point;
  awaitable.await_suspend(coroutine_handle);
  // return to the caller
  // resume point;
}
awaitable.await_resume();

首先通过await_ready()可以判断要不要撕开函数体，如果不撕，则直接跳去执行await_resume()，当作什么都没有发生。await_resume()可以返回一个值，作为co_await操作的值。如果决定要撕，那么首先会经过suspend point，在这个点上，编译器会把函数执行到现在其栈上的状态保存到动态分配的内存中，为恢复做准备。在这之后会调用await_suspend()，顺便把coroutine_handle传进去。由于执行await_suspend()的时候，相关状态已经保存到动态分配的内存中了，await_suspend()可以跳到另外一个线程上，通过调用coroutine_handle的方法再恢复执行这个coroutine（有点乾坤大挪移的感觉）。这时候这个Coroutine其实就跨了两个线程。在原线程，coroutine会执行到return to the caller这个点，然后把控制交还调用函数；而在新线程，由于coroutine已经挂起，控制权也转移至coroutine之外。这时候的coroutine是休眠状态，在栈上没有痕迹。唯一能证明其存在的，是原线程中所拥有的coroutine的返回对象，以及新线程中所拥有的coroutine_handle（有没有东食西宿的感觉）。这时候，新线程可以调用coroutine_handle的方法来恢复其执行。这样这个coroutine就会从resume point开始执行。

如果两个线程同时执行了恢复操作，则根据规范 C++ Coroutines TS n4680所说的：Synchronization: a concurrent resumption of the coroutine via resume, operator(), or destroy may result in a data race

上面例子中的await_suspend返回的是void类型，但是它也可以返回其他类型。如果await_suspend返回bool，那么只有其值为true的时候才返回到调用者。await_suspend的另一个可能的返回类型是coroutine_handle，这样的话，这个返回的coroutine_handle会被恢复执行。

总的来说，co_await给了函数体一个机会，可以把自己拆开。有点像一个进程可以fork出另外一个进程的感觉。

不同形式的awaitable

能够被co_await的类型称为awaitable，具有前面列举的await_*成员函数。如果一个类型没有这些个成员函数，其实也没有问题。可以通过一个接受此类型的operator co_await来返回一个能够支持awaitable的类型。还有第三个选项，如果promise_type里面包含了一个可以接受此类型的await_transform()方法，那么则会使用这个await_transform()来返回一个awaitable。

这三个选项的优先次序是这样的：

  1. promise_type的await_transform()
  2. operator co_await()，如果存在的话
  3. co_await的操作对象

小结

至此，C++中coroutine的基本面貌（虽然不是全部面貌）已介绍完毕。Coroutine并不是新鲜的东西，而是早已有之，其他语言中也都存在。比如在C++ Coroutines - Gor Nishanov - CppCon 2015.pdf]中介绍的，下列语言中皆有Coroutine。

Dart1.9

Future<int> getPage(t) async {
	var c = new http.Client();
	try {
		var r = await c.get('http://url/search?q=$t');
		print(r);
		return r.length();
	} finally {
		await c.close();
	}
}

Python: PEP 0492

async def abinary(n):
	if n <= 0:
	return 1
	l = await abinary(n - 1)
	r = await abinary(n - 1)
	return l + 1 + r

C#

async Task<string> WaitAsynchronouslyAsync()
{
	await Task.Delay(10000);
	return "Finished";
}

从某种角度，Coroutine可以看成是一个通用化的函数（Generalized Function）。在传统单入单出的函数（Plain Old Function）之外，增加若干可能性：

  • Monadic* （await - suspend）
  • Task （await）
  • Generator （yield）
  • Async Generator（await + yield）

参考

CppCon

Spec

Other

Stackful vs Stackless

（本篇完）