c++20的协程(Coroutine)如何简化异步编程？ (对比传统回调)

协程不能自动简化异步编程，它仅提供挂起/恢复机制，不内置调度、线程管理或运行时支持，需手动处理生命周期、避免栈变量跨挂起、显式捕获异常并依赖第三方库实现awaitable语义。

协程不能自动简化异步编程，它只是把回调地狱换成了「看似同步、实则挂起」的控制流——前提是正确管理生命周期、避免栈溢出、不滥用 co_await 在非可挂起点。

为什么 co_await 不等于「自动异步转同步」

协程本身不执行调度，也不绑定线程或事件循环。你写 co_await async_read(socket, buf)，背后仍需一个实现了 awaitable 接口的对象（比如返回 task 的函数），而该对象的 await_suspend 才真正注册回调到 I/O 多路复用器（如 epoll 或 IOCP）。

常见误判是以为只要用了 co_await，就能像 Python 的 async/await 那样开箱即用。C++20 没有标准运行时，所有调度逻辑必须自己搭或依赖第三方库（如 libunifex、cppcoro、Boost.ASIO 1.78+）。

• co_await 只触发挂起/恢复协议，不启动任何线程、不管理线程池
• 没有 asyncio.run() 对应物；你得手动调用 task.start() 或 executor.run()
• 忘记 co_return 或在销毁前未完成协程，会导致未定义行为（UB），而非抛异常

对比传统回调：代码结构变了，但错误点更隐蔽

传统回调的问题是嵌套深、错误传播难、状态分散；协程表面扁平，但引入了新的崩溃路径：

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task handle_request(tcp_socket& sock) {
    auto buf = std::make_unique(1024);
    // ✅ 正确：buf 生命周期覆盖整个协程
    ssize_t n = co_await sock.async_read(buf.get(), 1024);
    co_await sock.async_write("HTTP/1.1 200 OK\r\n", 18);
}

下面这段就危险：

task bad_example(tcp_socket& sock) {
    char local_buf[1024]; // ❌ 栈变量，协程挂起后可能已被销毁
    co_await sock.async_read(local_buf, 1024); // UB 高发区
}

• 协程栈帧在挂起时被移到堆上（由 promise_type::get_return_object_on_allocation 决定），但局部变量仍是栈分配 —— 必须确保其生命周期跨挂起点
• 异常仍需手动捕获：try { co_await op(); } catch(...) { ... }，不会自动传播到调用方协程
• 调试困难：gdb 对 co_await 行的单步支持有限，常跳过挂起点直接到恢复点

哪些场景下协程确实比回调更可靠？

当异步操作有明确顺序依赖、且中间状态需多次复用时，协程优势明显。例如实现一个带重试、超时、进度通知的文件下载：

task download_with_retry(http_client& client, string_view url) {
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        auto res = co_await client.get(url); // 等待完整响应
        if (res.status == 200) {
            co_await write_to_disk(res.body);
            co_return true;
        }
        co_await timer::sleep(1s); // 挂起而不阻塞线程
    }
    co_return false;
}

• 相比回调嵌套（on_success → on_write_complete → on_timeout），状态变量（重试次数、临时 buffer）自然保留在作用域内
• 超时可统一用 co_await with_timeout(op, 5s) 封装，无需为每个回调单独设 timer ID 并清理
• 但注意：timer::sleep 必须是真正的 awaitable（内部调用 epoll_wait 或 WaitForSingleObject），不是 std::this_thread::sleep_for

协程最大的陷阱不是语法，而是误以为它解决了资源生命周期问题——它恰恰让生命周期更难追踪。栈变量、裸指针、未 move 的 unique_ptr，在挂起点前后都可能失效。写协程代码时，眼睛要盯着「这个变量在下次 co_await 返回时还活着吗？」，而不是只看缩进是否整齐。