纖程（Fiber）和協程（coroutine）是差不多的概念，也叫做用戶級線程或者輕線程之類的。Windows系統提供了一組API用戶創建和使用纖程，本文中的庫就是基於這組API實現的，所以無法跨平台使用，非Windows程序員可以閃人了，當然如果有興趣可以繼續看下去，找個第三方的協程庫封裝一下，也能實現相同的效果。關於纖程更詳細的信息可以查閱MSDN。
纖程的概念中有兩個關鍵點：
下圖演示了幾個纖程相互切換的過程，注意每個纖程都有獨立的棧，並且通過SwitchToFiber函數切換到其他纖程：
作為對比，我們可以看一下函數調用過程中的堆棧變化情況，下面是示意圖，表示了func1 -> func2 -> func3 這種常見的函數嵌套調用關系：
每一次函數調用都會創建一個新的棧幀（stack frame），合起來就構成整個調用棧，函數返回時其棧幀也隨之釋放。對於函數調用，我們可以確定的一點是（在不拋出異常的情況下）被調用函數執行完畢後一定會在調用點返回並繼續執行下一條語句。但纖程之間的調用（切換）卻不同，一個纖程可以在任意位置切換到其他纖程，並且可能永遠都不會再切換回來，也可能從其他任意纖程（不必是剛剛切換到的）切換回來，前面的示意圖描述的只是一種非常簡單的情況，實際的情況可能非常復雜，復雜到導出都是跳來跳去的箭頭理也理不清。在纖程間切換，有點像用加強版的goto，用的時候固然很爽，但後續的維護卻是個麻煩。
所以就像用while/for/switch-case代替goto一樣，我們也需要封裝一組新的API來代替對操作系統API的直接調用。一方面，在封裝過程中我們可以對纖程的行為（實際是程序員的行為）施加一些安全約束，使得更容易寫出安全的代碼或者更不容易寫出不安全的代碼；另一方面，從goto到while/switch等過程控制語句實際上是一種抽象層次的提升，對大部分常見需求後者用起來更方便，更不容易出錯，寫出的代碼也更簡潔易懂，類似的，從系統API到新的封裝API或者封裝類也是抽象層次的提高，可以更方便的應用在各種業務場景；最後，直接使用系統API需要寫很多維護纖程的輔助代碼，這類代碼通常重復而又分散到業務代碼的各個角落，進一步降低了程序的可讀性和提高了維護難度，封裝也是為了解決這個問題。
好了，廢話說完了，我們先上一段代碼嘗嘗鮮：
1 const int RUN_TIMES = 5;
2
3 int number = 0;
4 bool shutdown = false;
5
6 Fiber fib([&number, &shutdown]
7 {
8 while (!shutdown)
9 {
10 number++;
11 Fiber::yield(); // A：控制權移交到主纖程
12 }13 });
14
15 for (int i = 0; i < RUN_TIMES; i++)
16 {
17 fib.resume(); // B: 切換到子纖程執行
18 }
19
20 printf("number = %d\r\n", number);
這裡先創建了一個纖程實現number變量累加的功能，然後在for循環中執行（姑且用這個詞）最終得到正確的結果。AB兩處代碼分別實現了纖程的切換，實際上是封裝了對SwitchToFiber的調用，注意兩個函數調用細節上的不同：resume表示切換到對象包裝的纖程，是普通成員函數，yield表示控制權移交給調用者纖程，是靜態成員函數，大家可以思考下為什麼有靜態和非靜態成員函數的差別。
下面是用纖程實現生產者-消費者模型的代碼：
1 int product_count = 0;
2 bool is_end_time = false;
3
4 const int RUN_TIMES = 3;
5
6 // 生產者纖程
7 Fiber fib_producer([&is_end_time, &product_count]
8 {
9 srand((unsigned)time(NULL));
10
11 while (!is_end_time)
12 {
13 int new_product_count = (int)((double)rand() / RAND_MAX * 10) + 1;
14 product_count += new_product_count;
15
16 printf("[producer] create new products: %d\r\n", new_product_count);
17
18 Fiber::yield();
19 }
20
21 printf("[producer] off duty.\r\n");
22 });
23
24 // 消費者纖程的執行函數
25 auto consumer_proc = [&is_end_time, &product_count](const int seq_number)
26 {
27 int total_count = 0;
28
29 while (!is_end_time)
30 {
31 if (product_count > 0)
32 {
33 product_count--;
34 total_count++;
35 printf("[consumer %d] got 1 product, total got %d, remain %d\r\n", seq_number, total_count, product_count);
36 }
37
38 Fiber::yield();
39 }
40
41 printf("[consumer %d] off duty.\r\n", seq_number);
42 };
43
44 const int CONSUMER_COUNT = 3;
45 int consumer_seq_number = 0;
46
47 // 創建消費者纖程數組
48 std::vector<Fiber> consumer_array(CONSUMER_COUNT);
49 std::for_each(consumer_array.begin(), consumer_array.end(), [&](Fiber& item){ item = Fiber([&]{ consumer_proc(consumer_seq_number); }); consumer_seq_number++; });
50
51 consumer_seq_number = 0;
52
53 for (int i = 0; i < RUN_TIMES; i++)
54 {
55 fib_producer.resume();
56
57 while (product_count > 0)
58 {
59 consumer_array[consumer_seq_number].resume();
60 consumer_seq_number = (consumer_seq_number + 1) % CONSUMER_COUNT;
61 }
62 }
63
64 is_end_time = true;
65
66 // 等待纖程結束
67 Fiber::await_all(consumer_array);
68 Fiber::await(fib_producer);
程序末尾出現了await和await_all兩個新的方法可以先不用管，不影響主要邏輯。由於所有纖程都是在同一個線程中運行的所以無需加鎖，這也是使用纖程的一個重要好處，也是我們這個封裝庫的主要目的之一。
限於篇幅，這次就只寫這麼多了，更多的內容將放到後面的帖子中，總計還要寫四、五篇的樣子。但代碼實際上已經寫完了，急性子的園友可以直接到這個地址看代碼：
https://code.csdn.net/xrunning/fiber
建了一個QQ群：微觀架構設計165241092，主要討論C++代碼級設計，感興趣的園友加進來一起討論學習。
