c++yieldyield

摘要：本文将详细阐述C++中的yield关键字，探讨其如何在代码中实现协程和生成器等功能。首先，我们将介绍yield的基本概念，然后讨论其与协程的关系，接着将深入探讨如何使用yield实现生成器和状态机，最后对全文进行总结归纳。

1、yield基本概念

yield关键字是C++11中新增的一个关键字，其作用是将当前函数的执行权返回给调用者，同时保存当前函数的所有状态。当然，调用者必须也是一个可以暂停执行的函数，否则就没有继续执行的机会了。

yield的具体语法如下：

T yield<T>(Args... args);

其中T表示返回值类型，而Args表示函数参数列表，yield的返回值类型和参数类型根据具体情况而定。

2、yield与协程

协程是指一种可以在函数中暂停执行、保存当前状态，然后在需要的时候恢复执行的机制。通过协程，我们可以在一个函数中实现多个逻辑流程，提高代码的可读性和可维护性。

在C++中，yield关键字可以用来实现协程。我们可以使用yield将当前函数的执行权交给外部调用者，然后保存当前函数的所有状态，当再次需要执行时，恢复函数的状态，继续执行。

在执行流程上，协程的实现和线程非常相似，但协程是由程序自己控制的，不会像线程那样被操作系统调度。这使得协程的切换速度非常快，非常适合在实现IO密集型任务时使用。

3、yield实现生成器和状态机

在C++中，我们可以使用yield实现生成器和状态机。生成器是指一种可以按照某种规则生成一组数据的工具，比如Python中的生成器。而状态机是指一种可以按照预设的状态转移规则，自动进行状态转移的程序。

基于yield，我们可以比较方便地实现这两种工具。以生成器为例，我们可以使用yield将一组数据以迭代器的形式返回给调用者：

template <typename T>
class Generator {
public:
    struct Promise {
        T value;
        std::suspend_always yield_value(T value) {
            this->value = value;
            return {};
        }
        std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
        Generator get_return_object() { return Generator{this}; }
        void unhandled_exception() {}
    };
    Generator() = default;
    Generator(const Generator &) = delete;
    Generator &operator=(const Generator &) = delete;
    Generator(Generator &&other) noexcept : coro{other.coro}, promise{other.promise} {
        other.coro = nullptr;
    }
    Generator &operator=(Generator &&other) noexcept {
        coro = other.coro;
        promise = other.promise;
        other.coro = nullptr;
        return *this;
    }
    ~Generator() {
        if (coro) coro.destroy();
    }
    T operator()() {
        coro.resume();
        return promise.value;
    }
private:
    explicit Generator(Promise *promise) : promise{promise} {
        coro = std::coroutine_handle::from_promise(*promise);
    }
    std::coroutine_handle coro{nullptr};
    Promise *promise;
};

在这里，Generator是生成器类，其返回值为迭代器T。在Generator中，我们定义了Promise结构体，通过这个结构体，我们可以保存yield的返回值，以及实现initial_suspend和final_suspend等函数。在initial_suspend和final_suspend中，我们分别使用std::suspend_never返回，因为生成器不需要在协程挂起时进行任何操作。在yield_value中，我们将yield的返回值保存在value变量中，然后使用std::suspend_always返回一个协程挂起，以便调用者能够获取到yield的返回值。最后，在get_return_object中，我们返回一个Generator对象，以便调用者可以通过这个对象来迭代生成器。

类似地，我们也可以使用yield来实现状态机。例如，下面的代码中，我们定义了一个状态机类，该状态机可以按照预设的状态转移规则（使用yield定义）自动进行状态转移：

class StateMachine {
public:
    void run() {
        for (;;) {
            switch (state) {
                case 0: {
                    std::cout << "State 0\n";
                    state = co_yield '0';
                    break;
                }
                case 1: {
                    std::cout << "State 1\n";
                    state = co_yield '1';
                    break;
                }
                case 2: {
                    std::cout << "State 2\n";
                    state = co_yield '2';
                    break;
                }
                default: {
                    std::cout << "Unknown state\n";
                    return;
                }
            }
        }
    }
private:
    int state{0};
};

在这里，我们定义了一个StateMachine类，该类定义了三个状态，每个状态可以通过yield返回对应的状态值，并将当前状态保存下来。当下一次调用时，根据当前状态，继续执行相应的代码。

4、总结归纳

通过本文的阐述，我们了解了在C++中，yield关键字可以用来实现协程和生成器等功能。与其他语言相比，C++中的yield的实现方式较为灵活，既可以使用预定义的yield语法实现协程，也可以通过自定义Promise结构体等手段来实现各种特定的需求。

在使用yield时需要注意的是，yield关键字只能在协程中使用，同时yield是一种单向的暂停机制，每个yield只会暂停一次，如果需要多次暂停，需要写多个yield。在使用生成器和状态机时，也需要对yield的返回值有所了解，以确保代码的正确性。

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