Python 協程是無棧的還是有棧的？

Question

關於 Python 協程（我主要是指async/await ）是無堆棧還是堆棧，我看到了相互矛盾的觀點。

一些消息來源說他們堆積如山：

• http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2020/p2074r0.pdf

  “Python 協程堆積如山。”

• Python 中的協程與 Lua 中的協程相比如何？

  是的，Python 協程是堆疊的、一流的和不對稱的。

雖然其他人似乎暗示他們是無堆棧的，例如https://gamelisp.rs/reference/coroutines.html

GameLisp 的協程遵循 Rust、Python、C# 和 C++ 設置的 model。我們的協程是“無堆棧”的

總的來說，我的理解總是任何有意義的異步/等待實現都意味着無堆棧協程，而堆棧協程基本上是纖程（用戶空間線程，通常或多或少地協同切換），比如 goroutines、Boost.Coroutine，顯然是 Lua 等。

我的理解正確嗎？ 或者 Python 協程是否與 C++ 中的協程有某種根本的不同，並且是堆疊的？ 還是上述來源的作者有不同的意思？

Answer 1

TLDR：按照C++ 的定義， Python 的協程也是無堆棧的。 定義特征是協程的持久化 state 與堆棧分開存儲。

協程是無堆棧的：它們通過返回調用者來暫停執行，恢復執行所需的數據與堆棧分開存儲。 […]

在技術層面上，Python 需要await 、 async for等，以允許子協程掛起它們的父協程。 定期調用 function 是不可能掛起其父級的。

async def foo():
    a = await some_awaitable()  # this may suspend `foo` as well
    b = some_function()         # this cannot suspend `foo`
    return a + b

與無堆棧協程相比，堆棧協程可以從嵌套堆棧框架中暫停。 （ 提升：協程）

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堆棧和協程

堆棧和協程的交互不像常規例程那樣清晰。 例程正在執行或完成。 這自然映射到 function 執行，將單個執行幀添加到堆棧； ¹一旦該幀完成例程完成，幀從堆棧中彈出並丟棄。

相反，協程可以是 executing 、 suspended或 done 。 這就提出了一個問題，即如何在暫停期間處理 state——實際上，如何處理局部變量。 突出的手段有兩種：

1. 我們可以將每個部分執行視為常規例程。 為了獲得協程語義，當這樣的例程完成時，我們保護它的 state。這允許我們在各個協程之間切換。

2. 我們可以將整個執行過程視為常規例程。 為了獲得協程語義，當這樣的例程掛起時，我們保護整個堆棧。 這允許我們在各個堆棧之間切換。

解決方案 1. 通常稱為無堆棧——協程獨立於堆棧。 這提供了很多功能，因為每個步驟都是一流的，但它暴露了很多實現細節。 我們必須顯式地模擬嵌套協程執行的堆棧——通常，這就是await的作用。

解決方案 2. 通常稱為stackfull——協程作為堆棧本身的一部分存在。 由於執行在內部發生，因此這消除了很多功能，但隱藏了很多實現細節。 例程與協程的區別是隱藏的，甚至是無關緊要的——任何例程都可以在任何時候暫停。

這些定義不是通用的。 例如，您可能會發現 1. 被稱為 stackfull，因為協程本身保留了自己的暫停堆棧。 如有疑問，請比較語義而不是命名。
然而，這似乎是最普遍的命名方案（請參閱參考資料）。

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Python 放在哪里？

從技術角度來看， Python 的協程是無棧的。 協程函數創建一流的協程對象，允許部分執行並在掛起期間在內部存儲 state（ 作為cr_frame ）。 協程是使用顯式await嵌套的，例程不能await任何東西。
值得注意的是，Python 本身不支持堆棧協程：常規例程無法暫停執行。 ^2個

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¹幀堆棧的語義並不一定意味着實現具有 function 執行與 memory 堆棧上的幀的 1:1 關系。 相反，將“堆棧”視為運行時的抽象描述，可以通過 function 執行來定義。 實現可能會有所不同，但對語言的高級語義沒有可觀察到的差異。 考慮 CPython，它有一個運行 Python 堆棧的 C 堆棧。

² stackfull協程的缺失不是由語言語義嚴格保證的。 有第三方擴展可以添加 stackfull 協程，即greenlet 。 恰好，這是由Stackless Python引入的——“Stackless”指的是解釋器對 C-Stack 的使用，而不是協程如何使用堆棧。
然而，這是一個獨立於 Python 自身的await和yield暫停的暫停機制。

參考：

• 提升：Stackfull 協程
• 提升：Stackless Coroutines
• 我們從不需要 Stackfull 協程
• Stackless 與 Stackful 協程