【C++三方组件】Asio 下篇：C++20 协程版 TCP 客户端与服务端
【摘要】：下篇只讲协程一代。同一个回显服务，session 与客户端全部改写为 awaitable 协程：回调嵌套变直线，每连接一个协程天然并发，栈上缓冲靠协程帧保活------上篇的 shared_ptr 纪律整段消失。错误从 handler 的 error_code 变成异常，实测 10061 与 End of file 两条路径。completion token 换成 use_awaitable，其余概念原样复用。附 libevent/libuv/asio 三家终局对照，网络篇至此收官。
【关键词】：Asio、C++20 协程、co_await、awaitable、co_spawn、use_awaitable
【版本基准】：asio 1.38.2 独立版（BSL-1.0，头文件库；与 Boost.Asio 同源）｜示例 C++20｜文中输出均为本机实测（MSVC v145／VS2026，Windows；MinGW g++ 16.2 编译通过）
1. What：协程改写的是什么
上篇把概念全部立好：io_context 驱动、Proactor 完成语义、completion token。协程一代没有引入任何新机制------只是把 token 从回调函数换成 asio::use_awaitable ：同一个 async_read_some，token 是回调函数时操作按回调投递，是 use_awaitable 时操作挂起协程、完成时恢复。新名字只有三个：
asio::awaitable<void>：协程的返回类型，「一个将来会完成、可能抛异常的异步操作」；co_await：挂起点------发起操作、让出执行权，完成时从这里恢复；asio::co_spawn(io, coro, token)：把协程挂到 executor 上跑。
体感差异一眼可见：上篇客户端的 resolve → connect → write → read 是四层嵌套回调加一个存参数的类；协程版是一条直线 。写法变了，驱动没变------最后仍是 io.run()。
2. How：协程版服务端
完整源码 asio_coroutine_echo.cpp，与上篇回调版同一个回显协议，实测可与上篇任意一端互通。
2.1 每连接一个协程
cpp
asio::awaitable<void> session(tcp::socket sock) {
try {
char data[256]; // 协程帧保活：挂起期间不会消失
for (;;) {
std::size_t n = co_await sock.async_read_some(
asio::buffer(data), asio::use_awaitable);
printf("server: read %zu bytes\n", n);
co_await asio::async_write(sock,
asio::buffer(data, n), asio::use_awaitable);
printf("server: echoed\n");
}
} catch (const std::exception& e) {
printf("session end: %s\n", e.what());
}
}对照上篇同职责的 session 类：do_read/do_write 两个互调的成员函数，变成一个 for 循环 ；shared_from_this + 按值捕获 self 的保活纪律整段消失------data 是栈上数组，但协程帧存活到协程结束，挂起期间挂在读写上的缓冲天然有效。回调版要 shared_ptr / enable_shared_from_this 伺候的事，协程一行不用管。
2.2 接收循环
cpp
asio::awaitable<void> listener(unsigned short port) {
auto exec = co_await asio::this_coro::executor;
tcp::acceptor acc(exec,
tcp::endpoint(asio::ip::make_address("127.0.0.1"),
port));
printf("server: listening on 127.0.0.1:%u\n",
(unsigned)port);
for (;;) {
tcp::socket sock(exec);
co_await acc.async_accept(sock, asio::use_awaitable);
printf("server: accepted\n");
// 新连接交给独立协程，本协程继续接收
asio::co_spawn(exec, session(std::move(sock)),
asio::detached);
}
}两个细节点破：co_await asio::this_coro::executor 拿到当前协程所在执行器 ，用它构造 acceptor/socket，对象天然活在正确的上下文里；每个新连接 co_spawn 出独立协程------并发模型从「每连接一个对象」变成「每连接一个协程」，回调版的 accept 续挂变成最普通的循环。
3. How：协程版客户端
cpp
asio::awaitable<void> client(const std::string& host,
unsigned short port) {
try {
auto exec = co_await asio::this_coro::executor;
tcp::resolver r(exec);
auto endpoints = co_await r.async_resolve(
host, std::to_string(port), asio::use_awaitable);
tcp::socket sock(exec);
co_await asio::async_connect(sock, endpoints,
asio::use_awaitable);
printf("client: connected\n");
const char* msg = "hello, echo\r\n";
size_t len = strlen(msg);
co_await asio::async_write(sock,
asio::buffer(msg, len), asio::use_awaitable);
char buf[256];
// async_read：凑满 len 字节才算完成
std::size_t n = co_await asio::async_read(sock,
asio::buffer(buf, len), asio::use_awaitable);
printf("client: echoed \"%.*s\"\n",
(int)(n - 2), buf);
} catch (const std::system_error& e) {
printf("client failed: code=%d (%s)\n",
e.code().value(), e.what());
}
}上篇同一个客户端：一个类、四个成员、三层嵌套、跨回调的参数全靠 this 存活。协程版从 resolve 到读满回显一口气写完，每一步的错误都被同一个 try/catch 接住。
4. 两代对照：同一个回显，输出不变
实测运行（协程版服务端 + 协程版客户端，与上篇回调版输出逐行一致）：
text
server: listening on 127.0.0.1:18031
client: connected
server: accepted
server: read 13 bytes
client: echoed "hello, echo"
server: echoed
session end: End of file最后一行是协程版特有的：客户端完成任务退出、连接关闭，session 协程下一次 async_read_some 以 eof 失败------协程版错误以 std::exception 浮出 ，被 2.1 的 catch 打印后协程正常结束。回调版同一场景是 handler 收到 error_code 后静默 return（上篇 4.1 的 if (ec) return;）。
| 回调一代（上篇） | 协程一代（本篇） | |
|---|---|---|
| completion token | 回调函数 | use_awaitable |
| 步骤衔接 | 嵌套 lambda / 成员函数互调 | 直线 co_await |
| 每连接形态 | session 对象（shared_ptr） | 一个协程（协程帧保活） |
| 错误形态 | handler 首参 error_code |
异常（system_error） |
| 保活纪律 | 按值捕获 self、buffer 挂堆 | 栈上变量天然有效 |
| 语言门槛 | C++11/17 | C++20 |
5. 错误形态：error_code 与异常双轨
同一个异步操作，token 决定通知形态与错误形态。实测连接被拒（不启动服务端）：
text
# 回调版（上篇）
client failed at connect: code=10061 (由于目标计算机积极拒绝，无法连接。)
# 协程版（本篇）
client failed: code=10061 (由于目标计算机积极拒绝，无法连接。)信息一样、通道不同：回调版的错误是 handler 的 error_code 参数，永不抛异常 ；协程版的错误以 std::system_error 异常抛出，try 块覆盖到哪一步、哪一步的错误就归你。一个差别要留意：回调版 fail() 知道自己挂在哪一步（resolve/connect/write/read 各自的 handler）；协程版异常不自带环节名，要么在 catch 里统一处理，要么分段 try。
第三种常见错误是取消 ：timer.cancel() 或连接销毁会让未决操作以 operation_aborted 收场------协程里同样是异常，优雅退出（停 acceptor、逐个停 session）全靠它。
asio::detached 要慎用 ：co_spawn 的第二个 token 决定协程结果去哪，detached 表示一概弃置------协程异常穿透 detached 直接 terminate。本篇示例每个协程体自己 try/catch 收尾，异常不出协程，这是最省心的纪律；正式代码也可以给 co_spawn 传带完成回调的 token，让每个协程都有归宿。
6. 坑与最佳实践（实测依据）
- 每个协程体一个 try/catch 收尾 ：落日志再退出------异常穿透
detached直接 terminate（第 5 节）。 - 协程内先拿 executor ：
co_await asio::this_coro::executor再构造 acceptor/socket/timer，对象天然活在正确的上下文里（本篇示例均如此）。 - 栈上 buffer 是协程版的福利 ：协程帧存活到结束，挂起期间挂在读写上的缓冲天然有效------回调版要
shared_ptr伺候的事这里消失；反过来，跨协程共享的缓冲仍要自己管生命周期，协程不是免死金牌。 - 别在协程里做长阻塞 ：协程跑在 io_context 的线程上，一个阻塞的同步调用会拖住同线程所有协程------重活交给线程池（
asio::thread_pool）或上篇的 strand 思路隔离。 - 多线程
run()仍然要 strand ：协程只是写法变了，handler/协程恢复仍会在多个run()线程并发执行，共享状态挂make_strand(io)------上篇坑 5 原样适用。 - 回调版并没有过时：读老代码、维护存量、与 C API 交互时回调形态仍是日常；两代可以在同一个 io_context 里混用------completion token 本来就是逐调用选择的。
7. 选型终局：三家事件库与网络篇收官
| asio | libevent | libuv | |
|---|---|---|---|
| 模型 | Proactor | Reactor | Reactor |
| 接口 | C++ 模板/协程 | C | C |
| Windows | IOCP 原生 | select 为主 | IOCP 原生 |
| C++20 协程 | ✅ 一等公民 | ❌ | ❌ |
| 生态 | Beast、SSL、TS 蓝本 | memcached 系老牌 | Node 系全家 |
收束成一句话：新 C++ 项目默认 asio；维护 C 存量看 libevent/libuv；要 HTTP 语义直接上层（libcurl/cpr/cpp-httplib），要消息语义看 ZeroMQ ------网络库选型决策树到此完整。学习路径的务实建议：asio 前陡后平，executor 与 completion token 两道坎过了，剩下的 API 面按需查即可。别试图先把模板参数全部搞懂再动手------从协程版起手、回调版在读老代码时补课，是当下性价比最高的路径；官方示例的 cpp20 目录是现成阶梯。
回望网络篇九篇：libevent/libuv 立起事件循环底座，libcurl/cpr/cpp-httplib 把 HTTP 客户端与服务端包圆，ZeroMQ 给出消息语义，gRPC 把抽象层级登顶------而 asio 两篇拆开看正好是它的两层价值：上篇证明它能替你写掉 Reactor 时代的全部手工活，下篇证明它搭上 C++20 协程后写法还能再瘦一圈。框架之重（gRPC）与零件之陡（asio）是两种复杂，网络编程至此收官。
8. 参考资料
- 官方文档 chriskohlhoff.github.io/asio：协程专题（
awaitable、co_spawn、this_coro）与 cpp20 示例目录； - 上篇（第 31 篇）：回调一代典型写法、BSD socket/select 对照、Boost.Asio 与独立版取舍------概念立柱全在上篇；
- 完整构建与运行入口：examples/31-32/README。
参考 ：chriskohlhoff/asio asio-1-38-2（BSL-1.0，独立发行；Boost.Asio 同源）。本篇输出、10061 异常路径、End of file 会话结束路径均为本机实测（MSVC v145／VS2026，Windows；MinGW g++ 16.2 编译通过）。