面试题：C++ 的有栈协程和无栈协程有什么区别？

在 C++ 中，协程（Coroutine）是一种轻量级的并发编程工具，可以分为有栈协程（Stackful Coroutine）和无栈协程（Stackless Coroutine）。它们的主要区别在于栈的管理方式和实现机制。

1. 有栈协程（Stackful Coroutine）

特点：

独立的栈空间：每个协程都有自己的栈空间，可以保存完整的执行上下文。
上下文切换：通过保存和恢复栈空间来实现协程切换。
灵活性：可以在任意嵌套函数中挂起和恢复。

优点：

易于使用：可以在任意函数中挂起和恢复，不需要显式标记协程函数。
兼容性好：可以与现有的同步代码无缝集成。

缺点：

资源消耗大：每个协程需要独立的栈空间，内存开销较大。
切换开销大：上下文切换需要保存和恢复完整的栈空间，性能较低。

示例（使用 Boost.Coroutine）：

#include <boost/coroutine/all.hpp>
#include <iostream>

void coroutine(boost::coroutines::asymmetric_coroutine<void>::push_type& yield) {
    std::cout << "Hello from coroutine!" << std::endl;
    yield();  // 挂起协程
    std::cout << "Back to coroutine!" << std::endl;
}

int main() {
    boost::coroutines::asymmetric_coroutine<void>::pull_type source(coroutine);
    std::cout << "Back to main!" << std::endl;
    source();  // 恢复协程
    return 0;
}

2. 无栈协程（Stackless Coroutine）

特点：

共享栈空间：所有协程共享同一个栈空间，协程的局部变量存储在堆上。
上下文切换：通过保存和恢复少量寄存器状态来实现协程切换。
显式标记：需要使用 co_await、co_yield 等关键字显式标记协程函数。

优点：

资源消耗小：协程的栈空间较小，内存开销低。
切换开销小：上下文切换只需要保存和恢复少量寄存器状态，性能较高。

缺点：

使用限制：只能在显式标记为协程的函数中挂起和恢复。
兼容性差：无法直接与现有的同步代码集成。

示例（C++20）：

#include <iostream>
#include <coroutine>

struct Task {
    struct promise_type {
        Task get_return_object() { return {}; }
        std::suspend_never initial_suspend() { return {}; }
        std::suspend_never final_suspend() noexcept { return {}; }
        void return_void() {}
        void unhandled_exception() {}
    };
};

Task coroutine() {
    std::cout << "Hello from coroutine!" << std::endl;
    co_await std::suspend_always{};  // 挂起协程
    std::cout << "Back to coroutine!" << std::endl;
}

int main() {
    coroutine();
    std::cout << "Back to main!" << std::endl;
    return 0;
}

3. 有栈协程 vs 无栈协程

特性	有栈协程（Stackful Coroutine）	无栈协程（Stackless Coroutine）
栈空间	每个协程有独立的栈空间	所有协程共享同一个栈空间
上下文切换	保存和恢复完整的栈空间	保存和恢复少量寄存器状态
资源消耗	较大	较小
切换开销	较大	较小
使用限制	可以在任意函数中挂起和恢复	只能在显式标记为协程的函数中挂起和恢复
兼容性	与现有同步代码无缝集成	无法直接与现有同步代码集成
实现复杂度	较高	较低
适用场景	需要灵活挂起和恢复的场景	高并发、资源有限的场景

4. 选择建议

有栈协程：
- 适合需要在任意函数中挂起和恢复的场景。
- 适合与现有同步代码集成的场景。
- 例如：游戏逻辑、状态机实现。
无栈协程：
- 适合高并发、资源有限的场景。
- 适合需要高性能协程的场景。
- 例如：网络服务器、异步 I/O 操作。

5. 结合使用

在实际项目中，可以根据任务特性选择合适的协程类型，甚至结合使用有栈协程和无栈协程：

使用有栈协程处理复杂的逻辑和状态机。
使用无栈协程处理高并发的 I/O 操作。

示例（伪代码）：

void handle_io() {
    // 使用无栈协程处理 I/O
    while (true) {
        co_await async_read();
        co_await async_write();
    }
}

void handle_logic() {
    // 使用有栈协程处理复杂逻辑
    while (true) {
        perform_complex_logic();
        yield();  // 挂起协程
    }
}

int main() {
    handle_io();  // 在主线程中运行无栈协程
    handle_logic();  // 在另一个线程中运行有栈协程
    return 0;
}