C 20 中的协程是什么？

Question

c++20 中的协程是什么？

它与“Parallelism2”或/和“Concurrency2”有什么不同（看下图）？

下图来自 ISOCPP。

https://isocpp.org/files/img/wg21-timeline-2017-03.png

原文由 Pavan Chandaka 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

在抽象层面上，协程将拥有执行状态的想法与拥有执行线程的想法分开。

SIMD（单指令多数据）有多个“执行线程”，但只有一个执行状态（它只适用于多个数据）。可以说并行算法有点像这样，因为你有一个“程序”在不同的数据上运行。

线程有多个“执行线程”和多个执行状态。你有不止一个程序和不止一个执行线程。

协程有多种执行状态，但不拥有执行线程。你有一个程序，程序有状态，但它没有执行线程。

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协程最简单的例子是其他语言的生成器或枚举。

在伪代码中：

 function Generator() {
  for (i = 0 to 100)
    produce i
}

Generator 被调用，第一次调用它返回 0 。它的状态被记住（有多少状态随协同程序的实现而变化），下次调用它时，它会从中断的地方继续。所以它下次返回 1。然后2。

最后它到达循环的末尾并从函数的末尾掉下来；协程完成。 （这里发生的事情因我们所谈论的语言而异；在 python 中，它会引发异常）。

协程为 C++ 带来了这种能力。

有两种协程；堆叠和无堆叠。

无堆栈协程仅在其状态和执行位置中存储局部变量。

堆栈式协程存储整个堆栈（如线程）。

无堆栈协程可以非常轻量级。我读到的最后一个建议基本上是把你的函数重写成有点像 lambda 的东西。所有局部变量都进入对象的状态，标签用于跳转到协程“产生”中间结果的位置/从该位置跳转。

产生值的过程称为“yield”，因为协程有点像协作多线程；您正在将执行点交还给调用者。

Boost 有一个堆栈协程的实现；它可以让你调用一个函数来为你让步。堆栈式协程更强大，但也更昂贵。

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协程不仅仅是一个简单的生成器。您可以在协程中等待一个协程，这可以让您以一种有用的方式组合协程。

协程，如 if、循环和函数调用，是另一种“结构化 goto”，可以让您以更自然的方式表达某些有用的模式（如状态机）。

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C++中Coroutines的具体实现有点意思。

在最基本的层面上，它为 C++ 添加了一些关键字： co_return co_await co_yield 以及一些可以使用它们的库类型。

一个函数通过在其主体中包含其中一个而成为协程。因此，从他们的声明来看，它们与函数没有区别。

当在函数体中使用这三个关键字之一时，会发生一些标准强制检查返回类型和参数，并将函数转换为协程。这种检查告诉编译器在函数挂起时将函数状态存储在哪里。

最简单的协程是生成器：

 generator<int> get_integers( int start=0, int step=1 ) {
  for (int current=start; true; current+= step)
    co_yield current;
}

co_yield suspends the functions execution, stores that state in the generator<int> , then returns the value of current through the generator<int> .

您可以遍历返回的整数。

co_await 同时让您可以将一个协程拼接到另一个协程上。如果您在一个协程中并且在继续之前需要等待的结果（通常是协程），那么您 co_await 就可以了。如果他们准备好了，您立即进行；如果没有，您将暂停，直到您等待的可等待对象准备好。

 std::future<std::expected<std::string>> load_data( std::string resource )
{
  auto handle = co_await open_resouce(resource);
  while( auto line = co_await read_line(handle)) {
    if (std::optional<std::string> r = parse_data_from_line( line ))
       co_return *r;
  }
  co_return std::unexpected( resource_lacks_data(resource) );
}

load_data 是一个协程，当命名资源打开并且我们设法解析到我们找到请求的数据的点时，它会生成一个 std::future 。

open_resource 和 read_line 可能是打开文件并从中读取行的异步协程。 co_await 将 load_data 的挂起和就绪状态连接到它们的进度。

C++ 协程比这更灵活，因为它们是作为用户空间类型之上的最小语言特性集实现的。用户空间类型有效地定义了 co_return co_await 和 co_yield 意味着 什么 co_await 我见过人们用它来实现单子可选表达式，例如 --- 在空选项上自动将空状态传播到外部选项：

 modified_optional<int> add( modified_optional<int> a, modified_optional<int> b ) {
  co_return (co_await a) + (co_await b);
}

代替

std::optional<int> add( std::optional<int> a, std::optional<int> b ) {
  if (!a) return std::nullopt;
  if (!b) return std::nullopt;
  return *a + *b;
}

原文由 Yakk - Adam Nevraumont 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 2

协程应该是（在 C++ 中）能够“等待”其他例程完成并为暂停、暂停、等待的例程继续执行所需的任何功能的函数。 C++ 人最感兴趣的特性是协程理想情况下不占用堆栈空间……C# 已经可以使用 await 和 yield 执行类似的操作，但 C++ 可能必须重新构建才能使用。

并发主要关注关注点的分离，其中关注点是程序应该完成的任务。这种关注点的分离可以通过多种方式实现……通常是某种委托。并发的想法是许多进程可以独立运行（关注点分离），并且“侦听器”会将这些分离的关注点产生的任何内容引导到它应该去的任何地方。这在很大程度上依赖于某种异步管理。有许多并发方法，包括面向方面的编程和其他方法。 C# 有’delegate’ 操作符，它工作得很好。

并行听起来像并发，可能会涉及，但实际上是一种物理构造，涉及许多处理器，这些处理器或多或少地以并行方式排列，软件能够将部分代码引导到将运行它的不同处理器并接收结果同步。

原文由 Dr t 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议