C语言中协程函数如何实现状态机机制？
摘要：C++20 协程能让出控制权、能继续执行、没有线程栈的切换，看起来似乎很神奇，然而我用实打实的代码告诉你它就是个函数+状态机，你会不会拍桌子骂娘并从此对协程祛魅？
前言
之前写过一篇 C++20 协程入门的文章：《使用 C++ 20 协程降低异步网络编程复杂度》，谈到了协程在消除异步编程 callback hell 方面的重要贡献——使代码更清晰，易于维护；以及 C++20 协程具有无栈、非对称等特性。无栈协程具有不受预分配栈空间约束、切换类似函数开销更小的优点，符合 C++ 语言设计原则中的 no payload 理念 (不因新增加的语言特性而增加额外性能负担)；非对称表示协程控制权的转移是单向的，即通过 co_await/co_yield 挂起时，必需返回到调用者最初的上下文，而不能随意切换到其它协程，这样做逻辑清晰，便于调试。
C++20 协程相对的缺点就是概念繁多、过于灵活，特别是编译器在底层默默的做了很多工作，使得调用链经常断掉不好理解，之前的文章讲到原理就草草贴了几张流程图了事，今天要把这个原理掰开了好好说道一番。
讲 C++20 协程，除了协程本身的复杂性，还有新标准带来的新特性，每次新的标准面世，就像是换了个语言，各种语法糖能大大提升开发效率，但也提升了理解成本。以插入 map 元素这个小功能为例，看看各个标准是如何演化的。
我们知道，std::map 在 insert 时如果元素已经存在是不会替换元素的，而是返回一个指示元素所在位置的 iterator 和是否插入成功的标志：
#include <iostream>
#include <map>
int main() {
std::map<int, int> mp;
// mp.insert(std::make_pair(1, 2));
std::pair<std::map<int, int>::iterator, bool> result = mp.insert(std::make_pair(1, 1));
if (result.second)
std::cout << "inserted" << std::endl;
for (std::map<int, int>::iterator itr = mp.begin(); itr != mp.end(); ++itr) {
std::cout << "{" << itr->first << ", " << itr->second << "}" << std::endl;
}
return 0;
}
输出：
inserted
{1, 1}
这是 C++98 标准就支持的语法，map::insert 返回值为 std::pair，其 first 为容器 iterator 用于标识插入或已有元素位置，其 second 为 bool 表示是否插入成功。下面看下 C++11 的改进：
#include <iostream>
#include <map>
#include <tuple>
int main() {
std::map<int, int> mp; // = { {1,3} };
bool inserted;
std::tie(std::ignore, inserted) = mp.insert({1, 1});
if (inserted)
std::cout << "inserted" << std::endl;
// for (auto itr = mp.begin(); itr != mp.end(); ++itr) {
for(auto itr : mp) {
std::cout << "{" << itr.first << ", " << itr.second << "}" << std::endl;
}
return 0;
}
输出一致。主要改进在于通过 tie 将 inserted 变量绑定到返回的 tuple 结构中 (pair 也是 tuple 的一种)，之后直接引用 inserted 变量，而不是不明就里的 first & second，代码可读性更强了并且没有额外的对象拷贝。