C++20概念(concepts)是什么模板约束新语法解析-C++-PHP中文网

C++20概念(concepts)是什么模板约束新语法解析

P粉602998670

发布： 2025-08-17 20:15:01

原创

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C++20概念（Concepts）通过requires子句对模板参数进行显式约束，提升代码安全性与编译错误可读性；相比SFINAE，其语法更清晰、错误信息更友好、维护更方便，并支持复杂类型需求，广泛应用于泛型算法、数据结构和库开发中。

c++20概念(concepts)是什么模板约束新语法解析

C++20概念（Concepts）是一种强大的特性，它允许我们对模板参数进行约束，从而在编译时检查模板的使用是否符合预期。简单来说，它就像是给模板参数定义了一组“类型需求”，只有满足这些需求的类型才能被用于实例化模板。这不仅提高了代码的安全性，还改善了编译时的错误信息，使得调试更加容易。

解决方案

C++20 Concepts的核心在于使用

requires

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子句来定义约束。

requires

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子句可以出现在模板声明、函数声明以及其他需要进行类型检查的地方。

以下是一个简单的例子，展示了如何使用Concepts来约束一个模板函数，该函数接受两个类型相同的参数，并且这两个类型必须支持加法操作：

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#include <iostream>
#include <concepts>

// 定义一个Concept，要求类型T支持加法操作
template<typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
    a + b; // 表达式 a + b 必须是有效的
};

// 使用Concept约束模板函数
template<typename T>
requires Addable<T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(1, 2) << std::endl; // 正确：int类型满足Addable Concept
    // std::cout << add("hello", "world") << std::endl; // 错误：std::string类型不满足Addable Concept，编译时会报错

    return 0;
}

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在这个例子中，我们首先定义了一个名为

Addable

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的Concept。它使用

requires

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关键字来指定一个需求：类型

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的两个对象

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和

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必须能够进行加法操作。然后，我们在

add

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模板函数的声明中使用

requires Addable<T>

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来约束模板参数

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。这意味着只有满足

Addable

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Concept的类型才能被用于实例化

add

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函数。

如果你尝试使用一个不支持加法操作的类型（例如

std::string

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）来调用

add

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函数，编译器将会报错，告诉你

std::string

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类型不满足

Addable

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Concept。这比传统的模板错误信息更加清晰和易于理解。

C++20 Concepts相比于SFINAE的优势是什么？

SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）是C++11/14/17中用于实现类似类型约束的技术。它依赖于编译器在模板参数替换失败时不产生错误的特性。虽然SFINAE可以实现类型约束，但它通常比较复杂，难以理解和维护。

Concepts相比于SFINAE的优势在于：

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更清晰的语法： Concepts使用
```
requires
```
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子句，语法更加简洁明了，易于阅读和理解。
更好的错误信息： Concepts在编译时提供更具描述性的错误信息，帮助开发者快速定位问题。
更容易维护： Concepts代码更容易维护，因为约束条件被明确地定义在Concept中，而不是隐式地隐藏在模板代码中。
编译速度更快： 在某些情况下，使用Concepts可以提高编译速度，因为编译器可以更早地检测到类型错误。

例如，使用SFINAE实现上述

Addable

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Concept的功能可能会是这样：

#include <iostream>
#include <type_traits>

template<typename T, typename = decltype(std::declval<T>() + std::declval<T>())>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(1, 2) << std::endl; // 正确：int类型满足要求
    // std::cout << add("hello", "world") << std::endl; // 错误：std::string类型不满足要求，编译时会报错

    return 0;
}

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虽然这个例子也能实现类似的功能，但是语法更加复杂，错误信息也可能不够清晰。

如何定义更复杂的C++20 Concepts？

Concepts可以定义非常复杂的类型需求。你可以使用

requires

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子句来指定多个需求，包括：

表达式需求： 要求类型支持特定的操作符或函数调用。
类型需求： 要求类型满足特定的类型特征（例如，
```
std::is_integral
```
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、
```
std::is_class
```
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等）。
嵌套需求： 在一个Concept中嵌套另一个Concept。

以下是一个例子，展示了如何定义一个更复杂的Concept，该Concept要求类型

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支持加法和乘法操作，并且结果类型可以隐式转换为

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类型：

#include <iostream>
#include <concepts>

template<typename T>
concept Number = requires(T a, T b) {
    { a + b } -> std::convertible_to<T>; // 表达式 a + b 必须是有效的，并且结果类型可以隐式转换为 T
    { a * b } -> std::convertible_to<T>; // 表达式 a * b 必须是有效的，并且结果类型可以隐式转换为 T
};

template<typename T>
requires Number<T>
T calculate(T a, T b) {
    return a * a + b * b;
}

int main() {
    std::cout << calculate(1.0, 2.0) << std::endl; // 正确：double类型满足Number Concept
    // std::cout << calculate(1, 2) << std::endl; // 正确：int类型满足Number Concept
    // std::cout << calculate("hello", "world") << std::endl; // 错误：std::string类型不满足Number Concept，编译时会报错

    return 0;
}

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在这个例子中，我们使用了