Как реализовать сопрограммы на C++?

Question

Я сомневаюсь, что это можно сделать портативно, но есть ли какие-нибудь решения?Я думаю, что это можно сделать, создав альтернативный стек и сбросив SP, BP и IP при входе в функцию, а также сохранив IP-адрес и восстановив SP+BP.Деструкторы и безопасность исключений кажутся сложными, но решаемыми задачами.

Это было сделано?Это невозможно?

Answer 1

Да, это может быть сделано без проблем.Все, что вам нужно, — это небольшой ассемблерный код для перемещения стека вызовов в новый стек в куче.

Я бы посмотри на boost::сопрограмма библиотека.

Единственное, на что вам следует обратить внимание, — это переполнение стека.В большинстве операционных систем переполнение стека приведет к сбою сегмента, поскольку страница виртуальной памяти не отображается.Однако если вы разместите стек в куче, вы не получите никакой гарантии.Просто имейте это в виду.

Answer 2

В POSIX вы можете использовать процедуры makecontext()/swapcontext() для переносимого переключения контекстов выполнения.В Windows вы можете использовать API волокна.В противном случае все, что вам нужно, — это небольшой ассемблерный код, который переключает контекст машины.Я реализовал сопрограммы как с помощью ASM (для AMD64), так и с помощью swapcontext();это не очень сложно.

Answer 3

Для потомков,

Дмитрий Вьюков замечательный веб-сайт есть хитрый трюк с использованием ucontext и setjump для имитации сопрограмм в C++.

Кроме того, была использована контекстная библиотека Оливера Ковальке. недавно принят в Boost, так что, надеюсь, скоро мы увидим обновленную версию boost.coroutine, которая работает на x86_64.

Answer 4

Не существует простого способа реализовать сопрограмму.Потому что сама сопрограмма, как и поток, не принадлежит к абстракции стека C/C++.Поэтому его невозможно поддерживать без изменений уровня языка для поддержки.

В настоящее время (C++11) все существующие реализации сопрограмм C++ основаны на хакерском уровне сборки, который трудно обеспечить безопасным и надежным при пересечении платформ.Чтобы быть надежным, он должен быть стандартным и обрабатываться компиляторами, а не хакерами.

Есть стандартное предложение - N3708 для этого.Посмотрите, если вам интересно.

Answer 5

Возможно, вам лучше использовать итератор, чем сопрограмму, если это возможно.Таким образом, вы можете продолжать звонить next() чтобы получить следующее значение, но вы можете сохранить свое состояние как переменные-члены вместо локальных переменных.

Это может сделать вещи более удобными в обслуживании.Другой разработчик C++ может не сразу понять сопрограмму, тогда как он может быть более знаком с итератором.

Answer 6

Для тех, кто хочет знать, как можно использовать сопрограммы переносимым способом в C++ y̶o̶u̶ ̶w̶i̶l̶l̶ ̶h̶a̶v̶e̶ ̶t̶o̶ ̶w̶a̶i̶t̶ ̶f̶o̶r̶ ̶C̶+̶+̶1̶7̶, ожидание окончено (см. ниже)!Комитет по стандартизации работает над этой функцией, см. Бумага N3722.Подводя итог текущему проекту статьи, вместо Async и Await будут использоваться ключевые слова resumable и await.

Взгляните на экспериментальную реализацию в Visual Studio 2015 и поэкспериментируйте с экспериментальной реализацией Microsoft.Не похоже, что у clang еще есть реализация.

Есть хороший доклад от Cppcon Сопрограммы — абстракция с отрицательными накладными расходами. опишите преимущества использования сопрограмм в C++ и то, как это влияет на простоту и производительность кода.

В настоящее время нам все еще приходится использовать реализации библиотек, но в ближайшем будущем сопрограммы станут основной функцией C++.

Обновлять:Похоже, реализация сопрограммы запланирована для C++20, но была выпущена как техническая спецификация с C++17 (p0057r2).Visual C++, clang и gcc позволяют вам использовать флаг времени компиляции.

Answer 7

Делает COROUTINE — портативная библиотека C++ для секвенирования сопрограмм. указать вам правильное направление?Кажется, это элегантное решение, выдержавшее испытание временем… ему уже 9 лет!

В папке DOC находится PDF-файл с документом Келда Хелсгауна «Переносимая библиотека C++ для секвенирования сопрограмм», в котором описывается библиотека и приводятся краткие примеры ее использования.

[обновление] На самом деле я сам успешно использую это.Любопытство взяло надо мной верх, поэтому я изучил это решение и обнаружил, что оно хорошо подходит для проблемы, над которой я работал уже некоторое время!

Answer 8

Я не думаю, что на C++ существует много полноценных и чистых реализаций.Одна попытка, которая мне нравится, это Библиотека протопотоков Адама Данкелса.

Смотрите также Протопотоки:упрощение событийно-ориентированного программирования встраиваемых систем с ограниченной памятью в цифровой библиотеке ACM и обсуждение в теме Википедии Протопоток,

Answer 9

Новая библиотека, Boost.Контекст, был выпущен сегодня с портативными функциями для реализации сопрограмм.

Answer 10

Это старая тема, но я хотел бы предложить хак с использованием устройства Даффа, который не зависит от операционной системы (насколько я помню):

Сопрограммы C с использованием устройства Даффа

И в качестве примера, вот библиотека telnet, которую я модифицировал, чтобы использовать сопрограммы вместо fork/threads:Библиотека Telnet cli с использованием сопрограмм

А поскольку стандарт C, предшествующий C99, по существу является подмножеством C++, это хорошо работает и в C++.

Answer 11

Он основан на (съеживающихся) макросах, но на следующем сайте представлена ​​простая в использовании реализация генератора: http://www.codeproject.com/KB/cpp/cpp_generators.aspx

Answer 12

Я придумал реализацию без асм код.Идея состоит в том, чтобы использовать функцию создания системного потока для инициализации стека и контекста и использовать setjmp/longjmp для переключения контекста.Но он не портативный, см. сложная версия pthread если ты заинтересован.

Answer 13

https://github.com/tonbit/coroutine — это реализация единой асимметричной сопрограммы C++11 .h, поддерживающая примитивы возобновления/выхода/ожидания и модель канала.Он реализуется через ucontext/fiber, независимо от повышения, работает на Linux/Windows/macOS.Это хорошая отправная точка для изучения реализации сопрограммы на C++.

Answer 14

Посмотрите мою реализацию, она иллюстрирует точку взлома asm и проста:

https://github.com/user1095108/generic/blob/master/coroutine.hpp

Answer 15

Вместо этого вам всегда следует рассмотреть возможность использования потоков;особенно в современном оборудовании.Если у вас есть работа, которую можно логически разделить в сопрограммах, использование потоков означает, что работа фактически может выполняться одновременно отдельными исполнительными блоками (ядрами процессора).

Но, возможно, вы хотите использовать сопрограммы, возможно, потому, что у вас есть хорошо протестированный алгоритм, который уже был написан и протестирован таким образом, или потому, что вы портируете код, написанный таким образом.

Если вы работаете в Windows, вам следует взглянуть на волокна.Fibers предоставит вам структуру, подобную сопрограмме, с поддержкой ОС.

Я не знаком с другими ОС, чтобы рекомендовать им альтернативы.

Answer 16

ВвКонт является частью WvStreams который реализует так называемые полусопрограммы.С ними немного проще обращаться, чем с полноценными сопрограммами:вы вызываете его, и он возвращается к человеку, который его вызвал.

Это реализовано с использованием более гибкого WvTask, который поддерживает полноценные сопрограммы;вы можете найти его в той же библиотеке.

Работает, по крайней мере, на Win32 и Linux и, возможно, на любой другой системе Unix.

Answer 17

Я сам пытался реализовать сопрограммы, используя C++11 и потоки:

#include <iostream>
#include <thread>

class InterruptedException : public std::exception {
};

class AsyncThread {
public:
    AsyncThread() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
        thread.reset(new std::thread(std::bind(&AsyncThread::run, this)));
        conditionVar.wait(lock); // wait for the thread to start
    }
    ~AsyncThread() {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> _(mutex);
            quit = true;
        }
        conditionVar.notify_all();
        thread->join();
    }
    void run() {
        try {
            yield();
            for (int i = 0; i < 7; ++i) {
                std::cout << i << std::endl;
                yield();
            }
        } catch (InterruptedException& e) {
            return;
        }
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
        quit = true;
        conditionVar.notify_all();
    }
    void yield() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
        conditionVar.notify_all();
        conditionVar.wait(lock);
        if (quit) {
            throw InterruptedException();
        }
    }
    void step() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
        if (!quit) {
            conditionVar.notify_all();
            conditionVar.wait(lock);
        }
    }
private:
    std::unique_ptr<std::thread> thread;
    std::condition_variable conditionVar;
    std::mutex mutex;
    bool quit = false;
};

int main() {
    AsyncThread asyncThread;
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        std::cout << "main: " << i << std::endl;
        asyncThread.step();
    }
}