深入理解c++20 concepts

m0_74824865

268人浏览 · 2026-05-27 01:51:55

m0_74824865 · 2026-05-27 01:51:55 发布

concepts在c++20中被引入，其作用是对模板参数进行约束，极大地增强了c++模板的功能。

在c++20之前，如果希望获取类似的效果，使用起来并不方便。

没有concept时，如何实现对模板参数进行约束？

static_assert

我们可以使用static_assert去对模板类型T进行约束。如下所示：

#include <type_traits>

#include <iostream>

template<class T>

void test(T a)

{

static_assert(std::is_integral<T>());

std::cout << "T is integral" << std::endl;

}

int main()

{

test(10);

test<double>(12.3);

}

但是该种方法不太好，因为需要将static_assert嵌入到函数的内部，这意味着即使类型不对，模板还是成功的匹配上了，只是在模板函数内部展开时出现编译错误。

SFINAE

SFINAE是Substitution Failure Is Not An Error的缩写，翻译过来的意思是替换失败并不是一个错误。

SFINAE是模板元编程中常见的一种技巧，如果模板实例化后的某个模板函数（模板类）对该调用无效，那么将继续寻找其他重载决议，而不是引发一个编译错误。

因此一句话概括SFINAE，就是模板匹配过程中会尝试各个重载模板，直到所有模板都匹配失败，才会认为是真正的错误。

例如下面这个经典的例子：

struct Test {

typedef int foo;

};

template <typename T>

void f(typename T::foo) {} // Definition #1

template <typename T>

void f(T) {} // Definition #2

int main() {

f<Test>(10); // Call #1.

f<int>(10); // Call #2. Without error (even though there is no int::foo)

// thanks to SFINAE.

}

f<Test>(10)最终将使用到第一个模板定义，而f<int>(10)最终将使用到第二个模板定义。

SFINAE 原则最初是应用于上述的模板编译过程。后来被C++开发者发现可以用于做编译期的决策，配合sizeof可以进行一些判断：类是否定义了某个内嵌类型、类是否包含某个成员函数等。例如STL中迭代器中的has_iterator_category。

template <typename T>

struct has_iterator_category {

struct two { char a; char b; };

template <typename C>

static two& test(typename C::iterator_category*);

template <typename>

static char& test(...);

static const bool value = sizeof(test<T>(nullptr)) == sizeof(two);

};

enable_if

enable_if的出现使得SFINAE使用上更加方便，进一步扩展了上面has_xxx，is_xxx的作用。而enable_if实现上也是使用了SFINAE。

enable_if的定义简单，即当_Test是true时，将不会有type的类型定义，而当_Test是false时，将会有type的类型定义。

// STRUCT TEMPLATE enable_if

template <bool _Test, class _Ty = void>

struct enable_if {}; // no member "type" when !_Test

template <class _Ty>

struct enable_if<true, _Ty> { // type is _Ty for _Test

using type = _Ty;

};

下面是利用enable_if去实现SFINAE的方式。

#include <type_traits>

#include <iostream>

template <typename T>

typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, T>::type

test(T value)

{

std::cout<<"T is intergal"<<std::endl;

return value;

}

template <typename T>

typename std::enable_if<!std::is_integral<T>::value, T>::type

test(T value)

{

std::cout<<"T is not intergal"<<std::endl;

return value;

}

int main()

{

test(100);

test('a');

test(100.1);

}

可以看到SFINAE的主要实现了is_xxx和has_xxx的语义，但是其语法并不简单，对使用者有较高要求，并且即便写正确了，可读性也相对较差。

有了concept之后如何使用？

声明concept

声明一个concept的语法如下所示：

1 2	`template` `<` `template-parameter-list >` `concept concept-name = constraint-expression;`

例如，约束T是一个整形：

1 2	`template` `<typename` `T>` `concept integral = std::is_integral_v<T>;`

也可以使用requires更加灵活地定义concept，例如下面的例子要求T类型拥有一个名字叫做print的方法，另外需要拥有一个toString方法，并且返回值是string类型。

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