C++20 Concept(概念)語法簡介

簡介

concept是C++ 20中的新語法,他是對泛型具有的行為的一種約束。
理論上,不使用concept編譯器也會在解析模板的時候檢查泛型的行為,但引入concept后可以在代碼中手動增加約束,提高程序的健壯性和編譯速度。

快速上手

#include <iostream>
using namespace std;

// 定義Addable概念,要求類型可以進行加運算
template <typename T>
concept Addable = requires (T x) {
	x + x; 
};

// 要求類型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; //通過
	cout << f<vector>(vector()) << endl; // 編譯不通過
	return 0;
}

concept和requires子句

可以像定義函數一樣定義requires子句,編譯時會檢查類型T是否滿足子句內所有語句的語法

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

concept實際上是一個require子句的標記符號，以下代碼是等效的

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;
}

標准庫中的concept

對於常見的concept,C++標准庫提供了,如整數概念

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

concept的組合

可以使用 && 和 || 來組合兩個概念,正如字面意思

#include <iostream>
using namespace std;

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

// 小於等於
template <typename T>
concept Comparable = requires (T x) {
	x <= 2;
};

template <typename T>
requires Addable<T> && Comparable<T> //同時使用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是一個形如 bool Concept<T>() 的模板, 它接收一個泛型T,返回true或false。
require Concept<T>實際上是檢查經過模板解析后,Concept<T>是true(編譯通過),還是false(編譯不通過)

例

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

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

concept不是為了給代碼增加障礙

盡管上面的例子中的Addable看起來就是在為傳參增加一道門檻,但Addable這種concept不是ISO C++制定concept這個語法的初衷,甚至是典型的違背初衷的concept:

與語法限制相反，指定有意義語義的能力是真正的概念的決定性特征。