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實現一個簡單的C++協程庫

編輯:C++入門知識

之前看協程相關的東西時,曾一念而過想著怎麼自己來實現一個給C++用,但在保存現場恢復現場之類的細節上被自己的想法嚇住了,也沒有深入去研究,後面一丟開就忘了。近來微博上看人在討論怎麼實現一個user space上的線程庫,有人提到了setcontext,swapcontext之類的函數,說可以用來保存和切換上下文,我忽然覺得這應該也能用來實現協程,回頭一搜,果然已經有人曾用這些函數做過相關的事情,略略看了幾個,覺得到底不大好用,還不如自己搞一個簡單點的。   說到c++上的協程,boost裡其實已經有相關的實現了,不過接口上看用起來有些麻煩,單純從語法上來說,我覺得Lua的協程最簡潔易用了,概念上也比較直接,為什麼不做一個類似的呢?所以我就打算照著Lua來山寨一個,只需要支持四個接口就夠了:   1)create coroutine。   2)run/resume coroutine。   3)Yield running corouinte。   4)IsCoroutineAlive。    保存與恢復上下文 實現協程/線程,最麻煩莫過於保存和切換上下文了,好在makecontext,swapcontext這幾個函數相當好用,已經完全幫忙解決了這個難題:makecontext可以幫我們建立起協程的上下文,swapcontext則可以切換不同的上下文,從而實現那種把當前函數暫時停住,切換出去執行別的函數然後再切換回來繼續執行的效果:   復制代碼 #include <iostream> #include <ucontext.h> using namespace std;   static char g_stack[2048]; static ucontext_t ctx,ctx_main;   void func() {     // do something.     cout << "enter func" << endl;       swapcontext(&ctx, &ctx_main);       cout << "func1 resume from yield" << endl;     // continue to do something. }     int main() {    getcontext(&ctx);    ctx.uc_stack.ss_sp = g_stack;    ctx.uc_stack.ss_size = sizeof g_stack;    ctx.uc_link = &ctx_main;         makecontext(&ctx, func, 0);      cout << "in main, before coroutine starts" << endl;      // æ§è¡func.    swapcontext(&ctx_main, &ctx);      cout << "back to main" << endl;      // 继续æ§è¡func.    swapcontext(&ctx_main, &ctx);        cout << "back to main again" << endl;    return 0; } 復制代碼 如上代碼所示,顯然我們只要簡單包裝一下swapcontext,很容易就可以實現Yield和Resume,有了它們的幫助協程做起來就容易多了。   使用與實現 在使用makecontext,swapcontext的基礎上,我花了一個多小時簡單實現了一個協程庫,參看這裡,代碼寫下來總共才200多行,出乎意料的簡單,用起來也很方便了:   復制代碼 #include "coroutine.h"   #include <iostream>   using namespace std;   CoroutineScheduler* sched = NULL;   void func1(void* arg) {     uintptr_t ret;     cout << "function1 a now!,arg:" << arg << ", start to yield." << endl;     ret = sched->Yield((uintptr_t)"func1 yield 1");     cout << "1.fun1 return from yield:" << (const char*)ret << endl;     ret = sched->Yield((uintptr_t)"func1 yield 2");     cout << "2.fun1 return from yield:" << (const char*)ret << ", going to stop" << endl;   }   void func2(void* s) {     cout << "function2 a now!, arg:" << s << ", start to yield." << endl;     const char* y = (const char*)sched->Yield((uintptr_t)"func2 yield 1");     cout << "fun2 return from yield:" << y <<", going to stop" << endl; }   int main() {     sched = new CoroutineScheduler();       bool stop = false;     int f1 = sched->CreateCoroutine(func1, (void*)111);     int f2 = sched->CreateCoroutine(func2, (void*)222);       while (!stop)     {         stop = true;         if (sched->IsCoroutineAlive(f1))         {             stop = false;             const char* y1 = (const char*)sched->ResumeCoroutine(f1, (uintptr_t)"resume func1");             cout << "func1 yield:" << y1 << endl;         }           if (sched->IsCoroutineAlive(f2))         {             stop = false;             const char* y2 = (const char*)sched->ResumeCoroutine(f2, (uintptr_t)"resume func2");             cout << "func2 yield:" << y2 << endl;         }     }       delete sched;     return 0; } 復制代碼     如上所示,Yield裡傳的參數會在調用Resume時被返回,同理Resume裡的第二個參數,會在Yield裡被返回,這種機制也是模仿Lua來的,有些時候可以用來在協程間傳遞一些參數,很方便。   這個協程看起來挺酷的,實現上卻相當的簡潔,核心代碼如下:   復制代碼 // static function void CoroutineScheduler::SchedulerImpl::Schedule(void* arg) {     assert(arg);     SchedulerImpl* sched = (SchedulerImpl*) arg;       int running = sched->running_;       coroutine* cor = sched->id2routine_[running];     assert(cor);       cor->func(cor->arg);       sched->running_ = -1;     cor->status = CO_FINISHED; }   // resume coroutine. uintptr_t CoroutineScheduler::SchedulerImpl::ResumeCoroutine(int id, uintptr_t y) {     coroutine* cor = id2routine_[id];     if (cor == NULL || cor->status == CO_RUNNING) return 0;       cor->yield = y;     switch (cor->status)     {         case CO_READY:             {                 getcontext(&cor->cxt);                   cor->status = CO_RUNNING;                 cor->cxt.uc_stack.ss_sp = cor->stack;                 cor->cxt.uc_stack.ss_size = stacksize_;                 // sucessor context.                 cor->cxt.uc_link = &mainContext_;                   running_ = id;                 makecontext(&cor->cxt, (void (*)())Schedule, 1, this);                 swapcontext(&mainContext_, &cor->cxt);             }             break;         case CO_SUSPENDED:             {                 running_ = id;                 cor->status = CO_RUNNING;                 swapcontext(&mainContext_, &cor->cxt);             }             break;         default:             assert(0);     }       uintptr_t ret = cor->yield;       if (running_ == -1 && cor->status == CO_FINISHED) DestroyCoroutine(id);       return ret; }   uintptr_t CoroutineScheduler::SchedulerImpl::Yield(uintptr_t y) {     if (running_ < 0) return 0;       int cur = running_;     running_ = -1;       coroutine* cor = id2routine_[cur];       cor->yield = y;     cor->status = CO_SUSPENDED;       swapcontext(&cor->cxt, &mainContext_);     return cor->yield; }

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