C++协程中promise与返回对象的销毁顺序是否有标准规定？

问题背景 #

给定如下C++协程代码：

#include <iostream>
#include <coroutine>

class eager {
public:
    struct promise_type {
        promise_type() { std::cout << "promise_type ctor" << std::endl; }
        ~promise_type() { std::cout << "~promise_type dtor" << std::endl; }
        struct return_object {
            return_object() { std::cout << "return_object ctor" << std::endl; }
            ~return_object() { std::cout << "~return_object dtor" << std::endl; }
            operator eager() { return {}; }
        };
        auto get_return_object() noexcept { return return_object{}; }
        constexpr auto initial_suspend() const noexcept { return std::suspend_never{}; }
        constexpr auto final_suspend() const noexcept { return std::suspend_never{}; }
        constexpr auto return_void() const noexcept {}
        auto unhandled_exception() -> void { throw; }
    };
};

auto coroutine() -> eager {
    co_return;
}

auto main() -> int
{
    coroutine();
    return 0;
}

该协程的initial_suspend和final_suspend都返回suspend_never，意味着协程会同步执行完毕，不会挂起。

不同编译器的输出差异 #

• MSVC/GCC输出顺序：

  promise_type ctor
  return_object ctor
  ~promise_type dtor
  ~return_object dtor
  

• Clang输出顺序：

  promise_type ctor
  return_object ctor
  ~return_object dtor
  ~promise_type dtor
  

原因分析 #

协程的简化转换代码容易让人误以为promise_type是普通局部变量，会按构造逆序销毁，但实际差异源于编译器对协程状态存储位置的选择：

• Clang实现：将promise_type作为栈上局部变量，与return_object遵循普通局部变量的销毁规则——按构造顺序的逆序销毁。由于promise_type先构造、return_object后构造，因此return_object先销毁，promise_type后销毁。
• MSVC/GCC实现：将promise_type存储在堆分配的协程状态中。当协程同步执行完毕（final_suspend不挂起），堆上的协程状态会立即销毁（包含promise_type的销毁）；而return_object是栈上临时对象，会在函数返回后、调用点结束时销毁，因此promise_type先销毁，return_object后销毁。

标准规定 #

C++20标准并未明确规定这种同步执行的协程中，promise_type与无关联的return_object的销毁顺序。标准允许编译器选择协程状态的存储位置（栈或堆），只要符合协程核心语义。因此两种编译器的行为均符合标准要求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者slyx