C++20 Concept(概念)语法简介

简介

concept是C++ 20中的新语法,他是对泛型具有的行为的一种约束。
理论上,不使用concept编译器也会在解析模板的时候检查泛型的行为,但引入concept后可以在代码中手动增加约束,提高程序的健壮性和编译速度。

快速上手

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义Addable概念,要求类型可以进行加运算
template <typename T>
concept Addable = requires (T x) {
	x + x; 
};

// 要求类型T具有Addable特性
template <typename T>
requires Addable<T>
void f(T x)
{
	return x + x + x;
}


int main()
{
	cout << f<int>(10) << endl; //通过
	cout << f<vector>(vector()) << endl; // 编译不通过
	return 0;
}

concept和requires子句

可以像定义函数一样定义requires子句,编译时会检查类型T是否满足子句内所有语句的语法

template <typename T>
concept Addable = requires (T x) {
	x + x; 
};

concept实际上是一个require子句的标记符号，以下代码是等效的

template <typename T>
concept Addable = requires (T x) {
	x + x; 
};

template <typename T>
requires Addable<T>
void f(T x)
{
	return x + x + x;
}

template <typename T>
requires (T x) { x + x; }
void f(T x)
{
	return x + x + x;
}

标准库中的concept

对于常见的concept,C++标准库提供了,如整数概念

template <typename T>
concept Integer = std::is_integral<T>::value;

concept的组合

可以使用 && 和 || 来组合两个概念,正如字面意思

#include <iostream>
using namespace std;

// 加法
template <typename T>
concept Addable = requires (T x) {
	x + x;
};

// 小于等于
template <typename T>
concept Comparable = requires (T x) {
	x <= 2;
};

template <typename T>
requires Addable<T> && Comparable<T> //同时使用Addable和Comparable
T fib(T x)
{
	return x<=2? x : fib(x-1)+fib(x-2);
}


int main()
{
	cout << fib<int>(20) << endl;
	return 0;
}

基本concept

基本(atomic)concept是一个形如 bool Concept<T>() 的模板, 它接收一个泛型T,返回true或false。
require Concept<T>实际上是检查经过模板解析后,Concept<T>是true(编译通过),还是false(编译不通过)

例

template<typename T>
constexpr bool TestFn()
{
	T t{};
	if(...) {
    	return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

template<typename T>
requires (TestFn<T>())

concept不是为了给代码增加障碍

尽管上面的例子中的Addable看起来就是在为传参增加一道门槛,但Addable这种concept不是ISO C++制定concept这个语法的初衷,甚至是典型的违背初衷的concept:

与语法限制相反，指定有意义语义的能力是真正的概念的决定性特征。