c++怎么实现一个简单的协程生成器(Generator)_C++协程基础与生成器实现_技术教程

C++20协程通过co_yield、co_return和promise_type实现生成器，支持懒加载整数序列。示例中Generator结合range函数按需产出值，每次next()恢复执行至下一yield，value()获取当前值，体现协程挂起与恢复机制。

在C++20中，协程（Coroutines）被正式引入语言标准，使得我们可以实现像生成器（Generator）这样的懒计算序列。一个简单的生成器可以按需产生值，而不是一次性生成所有结果，这在处理大数据流或无限序列时非常有用。

理解C++20协程基本组件

要实现一个生成器，需要了解协程的三个核心部分：

co_yield：暂停执行并返回一个值，下次恢复从此处继续。
co_return：结束协程，可选返回最终状态。
co_await：等待一个异步操作完成（生成器中不一定用到）。

除此之外，还需要定义一个promise_type来控制协程的行为，比如如何处理yield的值、如何获取返回对象等。

实现一个简单的int生成器

下面是一个简化但可用的整数生成器实现，支持通过co_yield逐步返回int值：

#include 
#include 

struct Generator {
    struct promise_type {
        int current_value;

        std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }
        Generator get_return_object() { return Generator{ 
            std::coroutine_handle::from_promise(*this) 
        }; }

        void return_void() {}
        std::suspend_always yield_value(int value) {
            current_value = value;
            return {};
        }

        void unhandled_exception() { std::terminate(); }
    };

    std::coroutine_handle handle;

    explicit Generator(std::coroutine_handle h) : handle(h) {}

    ~Generator() {
        if (handle) handle.destroy();
    }

    // 禁止拷贝
    Generator(const Generator&) = delete;
    Generator& operator=(const Generator&) = delete;

    // 支持移动
    Generator(Generator&& other) noexcept : handle(other.handle) {
        other.handle = nullptr;
    }

    Generator& operator=(Generator&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            if (handle) handle.destroy();
            handle = other.handle;
            other.handle = nullptr;
        }
        return *this;
    }

    bool next() {
        if (!handle || handle.done()) return false;
        handle.resume();
        return !handle.done();
    }

    int value() const {
        return handle.promise().current_value;
    }
};

使用生成器构造数值序列

现在可以写一个函数，利用co_yield逐步返回数值：

Generator range(int start, int stop, int step = 1) {
    for (int i = start; i < stop; i += step) {
        co_yield i;
    }
}

然后在main函数中遍历这个生成器：

int main() {
    auto gen = range(1, 6);

    while (gen.next()) {
        std::cout << gen.value() << " ";
    }
    // 输出: 1 2 3 4 5
    return 0;
}

每次调用next()都会恢复协程执行到下一个co_yield，value()获取当前产出的值。