c++20的concepts概念怎么用_c++模板约束与Concepts语法教程

C++20的Concepts通过定义类型约束提升模板编程的安全性与可读性。1. Concepts是编译期布尔表达式，用于限定模板参数，如concept Integral = std::is_integral_v;限制类型为整型。2. 可用requires表达式检查操作合法性，如requires(T a, T b) { a + b; }确保支持加法。3. 在函数模板中使用template或简写Integral auto限制参数类型。4. 类模板同样可约束，如template class Number禁止非整型实例化。5. 标准库提供std::integral、std::floating_point等内置Concept。6. 可组合多个Concept，如std::integral || std::floating_point定义数值类型。7. 错误信息更清晰，避免传统模板晦涩的实例化错误。8. Concepts必须为编译期常量表达式，提升模板设计的明确性与安全性。

C++20 的 Concepts 是一个革命性的特性，它让模板编程从“靠编译器报错来发现问题”变成了“在编译前期就明确约束类型”。它解决了传统模板中类型要求模糊、错误信息晦涩的问题。下面直接讲清楚怎么用 Concepts 做模板约束。

什么是 Concepts？

Concepts 是对模板参数的约束条件。你可以把它理解为“类型的要求清单”。比如你希望某个模板只接受整数类型，或者支持加法操作的类型，就可以用 Concept 来定义这些规则。

例如：

template
concept Integral = std::is_integral_v;
template
T add(T a, T b) {
return a + b;
}

这里定义了一个名为 Integral 的 concept，要求类型 T 必须是整型。然后在函数模板中使用 Integral T，表示只接受满足该约束的类型。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

如何定义和使用 Concept

定义 Concept 使用 concept 关键字，后面跟一个布尔表达式，通常基于 requires 表达式或 type traits。

常见写法：

• 基于 type trait：

  template
  concept FloatingPoint = std::is_floating_point_v;

• 检查操作是否合法：

  template
  concept Addable = requires(T a, T b) {
      a + b;
  };

• 检查成员函数或类型：

  template
  concept HasValue = requires(T t) {
      typename T::value_type;
      t.value();
  };

注意：requires 块里写的是“能通过编译”的表达式，不是返回值判断。

在函数模板中使用 Concepts

可以直接在模板参数前加上 Concept 名称，限制传入类型。

template
T concat(T a, T b) {
    return a + b;
}

如果调用时传入不支持 + 的类型，编译器会明确提示：“T 不满足 Addable 约束”，而不是一长串模板实例化失败的错误。

也可以用 concepts 作为函数参数的简写（C++20 支持）：

问小白

免费使用DeepSeek满血版

下载

auto multiply(Multiplicable auto a, Multiplicable auto b) {
    return a * b;
}

这等价于：

template
auto multiply(T a, U b) { ... }

在类模板中使用 Concepts

类模板同样可以加约束：

template
class Number {
    T value;
public:
    Number(T v) : value(v) {}
    T get() const { return value; }
};

这样，Number 就会编译失败，因为 double 不满足 Integral。

你还可以在特化时使用 Concept：

template
class Container { }; // 通用版本
template
class Container> requires Integral { }; // 只有 T 是整型才启用

常用标准 Concepts

C++20 在 头文件中提供了很多内置 Concept，可以直接用：

• std::integral：整型
• std::floating_point：浮点型
• std::default_constructible：可默认构造
• std::copyable：可拷贝
• std::equality_comparable：支持 == 操作
• std::regular：适合做值类型（可构造、可比较、可赋值）

例子：

#include 
template
void print_integer(T n) {
std::cout << n << "\n";
}

调用 print_integer(3) 没问题，但 print_integer(3.14) 会提示不满足约束。

组合多个 Concepts

可以用 requires 或逻辑运算符组合多个条件：

template
concept Numeric = std::integral || std::floating_point;
template
concept AddableAndDefaultConstructible = requires(T a, T b) {
a + b;
} && std::default_constructible;

注意：Concept 定义中的表达式必须是编译期可计算的布尔值。

基本上就这些。Concepts 让模板更安全、更易读、错误更清晰。写模板时，先想“我需要类型支持哪些操作”，然后用 Concept 写出来，再套到模板上，整个过程变得非常自然。