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C++中的co_await是什么?(如何挂起异步任务并等待IO)

尼克

尼克

发布时间:2026-02-14 08:02:03

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来源于php中文网

原创

co_await是协程挂起点,用于交出执行权并保存局部变量状态,待异步操作完成后再恢复;它要求函数为协程、编译器启用c++20协程支持、返回类型满足promise_type约束,且awaiter正确实现三函数。

c++中的co_await是什么?(如何挂起异步任务并等待io)

co_await 是什么,它不等于“让程序睡一会儿”

co_await 不是 sleep 或 delay,它是一个挂起点(suspend point),作用是把当前协程的执行权交还给调度器,同时保持栈上局部变量的状态,等某个异步操作(比如网络读、文件 IO)完成后再恢复执行。它只在 std::coroutine_handle 可调度、且 awaiter 实现了 await_ready/await_suspend/await_resume 三函数的前提下才真正生效。

常见错误现象:co_await 在非协程函数里用直接编译失败;在没启用 C++20 协程支持的编译器下(如 GCC 10 默认关掉)报 ‘co_await’ declared here, but no ‘await_transform’ in scope;或者挂起后永远不恢复——大概率是 awaiter 的 await_suspend 没正确触发回调。

  • 必须用 -std=c++20 且开启协程支持:GCC 需加 -fcoroutines,Clang 加 -stdlib=libc++ -fcoroutines-ts(注意 TS 已过时,优先用 C++20 标准)
  • 返回类型必须满足 promise_type 要求,例如 task<int></int> 这类自定义协程类型,不能直接 co_await 一个 int
  • 底层 IO 必须是非阻塞的,否则挂起没意义——co_await 不会帮你把 read() 变成异步,得靠 epoll/kqueue/IOCP 封装的 awaitable 对象

怎么写一个能 co_await 的 socket read 操作

标准库没提供现成的 awaitable socket,你得自己包装或用第三方(如 libunifex、cppcoro)。核心是让 await_suspend 把协程 handle 注册进事件循环,等 fd 可读时再 resume。

典型使用场景:一个 HTTP server 中,每个请求处理协程需要等待 client 发来完整 header,中间不能阻塞线程。

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  • await_suspend 里调用 epoll_ctl(EPOLL_CTL_ADD) + 存储 coroutine_handle 到 per-fd 上下文,而不是直接调用 handle.resume()
  • await_resume 应返回实际读到的字节数或错误码,不是 void —— 否则你不知道 read 成功没
  • 别在 await_ready 里做真实 IO:它只应快速判断是否“已经就绪”,比如缓冲区有残余数据可立刻返回,否则必须返回 false 触发挂起
struct async_read_op {
  int fd;
  std::span<std::byte> buf;
  bool await_ready() { return false; }
  void await_suspend(std::coroutine_handle<> h) {
    register_for_read(fd, [h](ssize_t n) { h.resume(); });
  }
  ssize_t await_resume() { return last_read_result; }
};
// 然后就能:auto n = co_await async_read_op{fd, buf};

为什么 co_await 之后局部变量还在,但 this 可能失效

协程挂起时,栈帧被分配到堆上(通过 promise_type::get_return_object_on_allocation),所以普通局部变量(int x = 42;)能保留;但如果你在成员函数里用 co_await,而对象本身是栈上临时量或已被析构,那 resume 后访问 this->member 就是野指针。

常见错误现象:协程第一次运行正常,resume 后访问成员变量崩溃,gdb 显示 this == 0xdeadbeef;或者 valgrind 报 use-after-free。

  • 确保协程生命周期 ≤ 所依赖对象的生命周期。比如不要在 lambda 捕获局部对象后,把它传给后台调度器长期持有
  • 若需延长对象生命,考虑用 std::shared_ptr<t></t> 包裹,把 shared_from_this() 捕获进 awaiter
  • 避免在析构函数里 cancel 协程:C++20 不保证协程能安全被 cancel,更稳妥的是用标志位 + 主动检查 + 提前返回

Windows 下 IOCP 和 Linux 下 epoll 的 awaiter 写法差异在哪

差异不在 co_await 语法,而在 awaiter 如何对接底层异步机制:IOCP 是“完成端口”,事件由系统主动投递;epoll 是“等待端口”,需你自己轮询或用 epoll_wait 配合线程池分发。

性能影响明显:IOCP 在 Windows 上单线程可高效处理数万连接;epoll 在 Linux 上依赖 epoll_wait 唤醒策略,若没用 EPOLLET + 边沿触发,可能重复通知导致 busy-loop。

  • IOCP awaiter 的 await_suspend 通常只调用 ReadFileEx,不注册回调函数——完成包由系统自动入队,你的 dispatcher 线程从 GetQueuedCompletionStatus 拿到 handle 后 resume
  • epoll awaiter 得自己管理事件循环线程,await_suspend 要把 fd 加入 epoll 实例,并把 coroutine_handle 存到用户数据区;resume 触发必须来自 epoll_wait 返回后的显式调用
  • 跨平台封装时,别试图统一接口语义:IOCP 的“完成即触发”和 epoll 的“就绪即通知”行为不同,强行抽象容易漏事件或重复 resume

最常被忽略的一点:co_await 的 suspend/resume 不是原子操作,awaiter 的 await_suspend 返回前,协程可能已被外部线程 resume——所以所有共享状态(比如存储 handle 的指针)必须用原子操作或互斥保护,哪怕看起来只写一次。

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