C语言使用setjmp和longjmp实现一个简单的协程

下面是C语言使用setjmp和longjmp实现一个简单的协程的完整攻略。

什么是协程

协程是一种并发编程模型，可以看做是一种用户空间的轻量级线程。协程特点是占用资源少，切换代价低，不需要线程上下文切换的开销，仅通过自己写的切换机制进行上下文切换。由于协程不需要访问操作系统资源，因此基本不会发生阻塞的现象，其在I/O密集型任务中具有很好的应用前景。

使用setjmp和longjmp实现协程

在C语言中，setjmp和longjmp是一对用来实现非本地跳转的函数。其原理是在调用setjmp函数时，保存当前程序上下文，函数返回0。调用longjmp时，恢复setjmp时保存的上下文，返回到上次setjmp位置，longjmp函数不会返回。

通过setjmp和longjmp函数实现简单的协程的过程如下：

1.使用setjmp函数保存当前程序上下文。

2.通过条件语句控制，设计切换协程的时机，当条件满足切换协程时调用longjmp函数跳转到特定位置。

下面通过两条示例来详细说明如何使用setjmp和longjmp实现协程。

示例一：实现简单协程，来回打印1-10的数字

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

jmp_buf env1, env2;
int count = 0;

void co1() {
    while (count < 10) {
        count++;
        printf("Coroutine 1: %d\n", count);
        if (!setjmp(env1))
            longjmp(env2, 1);
    }
}

void co2() {
    while (count < 10) {
        count++;
        printf("Coroutine 2: %d\n", count);
        if (!setjmp(env2))
            longjmp(env1, 1);
    }
}

int main() {
    if (!setjmp(env1))
        co1();
    if (!setjmp(env2))
        co2();
}

在示例中定义了两个协程co1和co2，当协程1执行完一次时，通过longjmp跳转到协程2；当协程2执行完一次时，通过longjmp跳转到协程1，最终可以实现来回打印1-10数字的目的。

示例二：设置协程执行时间，时间到自动调度到下一个协程

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
#include <sys/time.h>

#define INTERVAL 10000

jmp_buf env[4];
int count[4] = {0};

void co(int id) {
    while (count[id] < 10) {
        count[id]++;
        printf("Coroutine %d: %d\n", id+1, count[id]);
        if (!setjmp(env[id]))
            longjmp(env[(id+1)%4], 1);
    }
}

void schedule() {
    int i;
    for (i = 0; ;) {
        if (!setjmp(env[i]))
            break;
        i = (i+1) % 4;
    }
    struct itimerval timer = {0};
    timer.it_value.tv_usec = INTERVAL;
    setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);
}

void timer_handler(int signum) {
    longjmp(env[(int)(signum-34)], 1);
}

int main() {
    signal(SIGALRM, timer_handler);
    schedule();
    co(0);
    return 0;
}

在示例中定义了四个协程co1、co2、co3、co4，设置了一个定时器，每隔一段时间就触发一次定时器中断，程序可以捕获到该中断并切换到下一个协程执行。通过切换协程，可以实现在某个协程执行一定时间后，强制切换到下一个协程执行，从而实现协程调度的目的。

总结

以上就是使用setjmp和longjmp函数实现简单协程的完整攻略，通过两个实例的说明可以看出，使用setjmp和longjmp函数实现协程，程序的代码更加简洁，切换的代价也更小，具有很好的性能。