C++并发之协程实例(二)(计算斐波那契序列)

1 协程

  协程(Coroutines)是一个可以挂起执行以便稍后恢复的函数。协程是无堆栈的：它们通过返回到调用方来暂停执行，并且恢复执行所需的数据与堆栈分开存储。这允许异步执行的顺序代码（例如，在没有显式回调的情况下处理非阻塞I/O），还支持惰性计算无限序列上的算法和其他用途。
协程类图如下：

2 实例-计算斐波那契序列

2.1 斐波那契序列

斐波那契数列是一位意大利的数学家，他闲着没事去研究兔子繁殖的过程，研究着就发现，可以写成这么一个序列：1，1，2，3，5，8，13，21… 也就是每个数等于它前两个数之和。那么给你第 n 个数，问 F (n) 是多少。
用数学公式表示很简单： f(n) = f(n-1) + f(n-2)
下面的例子使用协程来计算斐波那契序列

2.2 代码

#include <coroutine>
#include <cstdint>
#include <exception>
#include <iostream>template <typename T>
struct Generator
{struct promise_type;using handle_type = std::coroutine_handle<promise_type>;struct promise_type{T value_;std::exception_ptr exception_;Generator get_return_object(){return Generator(handle_type::from_promise(*this));}std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }void unhandled_exception() { exception_ = std::current_exception(); }template<std::convertible_to<T> From>std::suspend_always yield_value(From&& from)//设置完值后挂起协程{value_ = std::forward<From>(from);return {};}void return_void() {}};handle_type h_;Generator(handle_type h) : h_(h) {}~Generator() { h_.destroy(); }explicit operator bool(){fill();return !h_.done();}T operator()(){fill();full_ = false;return std::move(h_.promise().value_);}
private:bool full_ = false;void fill(){if(!full_){h_();//if(h_.promise().exception_)std::rethrow_exception(h_.promise().exception_);full_ = true;}}
};Generator<std::uint64_t>
fibonacci_sequence(unsigned n)//斐波那契序列
{if(n == 0)co_return;//计算结束 if(n > 94)throw std::runtime_error("太大斐波那契序列，元素将会溢出");co_yield 0;//挂起协程if(n == 1)co_return;//计算结束co_yield 1;if(n == 2)co_return;std::uint64_t a = 0;std::uint64_t b = 1;for(unsigned i = 2; i < n; ++i){std::uint64_t s = a + b;co_yield s;//挂起协程a = b;b = s;}//计算结束
}int main(int argc, char *argv[])
{int n = 10;if(argc > 1)n = std::stoul(argv[1]);try{auto gen = fibonacci_sequence(n);for(int j = 0; gen; ++j)//调用operator bool()判断是gen是否计算结束std::cout << "fib(" << j << ")=" << gen() << std::endl;//调用T operator()()返回计算j对应的斐波那契序列值}catch(const std::exception& e){std::cerr << "异常: " << e.what() << std::endl;}catch(...){std::cerr << "未知异常\n";}return 0;
}

3 运行

$./example2 0
$./example2 0 1
fib(0)=0
$./example2 0 4
fib(0)=0
fib(1)=1
fib(2)=1
fib(3)=2
$./example2 0 10
fib(0)=0
fib(1)=1
fib(2)=1
fib(3)=2
fib(4)=3
fib(5)=5
fib(6)=8
fib(7)=13
fib(8)=21
fib(9)=34
$./example2 95
异常: 太大斐波那契序列，元素将会溢出