C++20 Concepts用法_现代C++ Concepts如何提升模板编程安全

Concepts 是 C++20 将模板隐式契约显性化的核心特性，支持 requires 约束、命名 concept 定义、auto 参数推导及类模板特化，显著提升接口清晰度、错误提示质量与代码可维护性。

Concepts 是 C++20 引入的核心特性，它让模板参数的约束从“运行时失败”或“编译器报一长串错误”的黑盒状态，变成**可读、可复用、可推导的显式契约**。用好 Concepts，不是给模板加个装饰，而是从根本上提升接口清晰度、错误提示质量和代码可维护性。

用 requires 表达式快速约束单个模板参数

最轻量的用法是直接在函数模板或类模板声明处使用 requires 子句，检查类型是否满足一组条件：

• 例如要求类型支持 + 和 ==，且结果可转为 bool：

template
requires std::is_arithmetic_v &&
        requires(T a, T b) { { a + b } -> std::same_as; { a == b } -> std::convertible_to; }
T add_if_equal(T x, T y) { return x == y ? x + y : x; }

这种写法适合一次性、小范围约束，无需提前定义 concept 名称，但可读性略低，复用性差。

定义命名 Concept 提升可读性与复用性

把常见约束封装成具名 concept，就像定义接口一样清晰：

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template
concept Addable = requires(T a, T b) {
   { a + b } -> std::same_as;
};

template
concept EqualityComparable = requires(T a, T b) {
   { a == b } -> std::convertible_to;
};

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

template
T combine_if_equal(T a, T b, U x, U y) {
   return (x == y) ? a + b : a;
}

命名 concept 可组合（如 concept IntegralAddable = std::integral<t> && Addable<t></t></t>），便于文档化、测试和团队协作。

Concept 与 auto 推导结合：让函数参数更安全、更直观

C++20 允许在函数参数中直接使用 concept 名称替代 auto，这比传统模板更简洁，又比裸 auto 更严格：

Motiff

Motiff是由猿辅导旗下的一款界面设计工具，定位为“AI时代设计工具”

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void process(Addable auto x, Addable auto y) { /* ... */ }

// 调用时：
process(3, 5);        // ✅ int 满足 Addable
process(3.14, 2.71);  // ✅ double 满足 Addable
process("a", "b");    // ❌ 编译失败，明确提示：type 'const char*' does not satisfy 'Addable'

相比 template<typename t> void process(T x, T y)</typename>，它省去模板声明，避免意外接受不合法类型（比如传两个不同算术类型导致隐式转换歧义），错误信息也直指 concept 名称而非底层 SFINAE 细节。

Concept 约束类模板与特化选择

Concept 不仅用于函数，还能精准控制类模板的可用性，甚至参与偏特化选择：

template
class Container { /* 通用实现 */ };

template
class Container { /* 为可比较类型优化的特化版本 */ };

template<:integral t>
class Container { /* 为整型进一步特化的版本 —— 注意：需满足更严格的约束优先匹配 */ };

注意：多个特化必须满足**偏序规则**（即一个 concept 必须严格强于另一个，如 std::integral 是 EqualityComparable 的子集），否则编译器会报歧义。合理设计 concept 层级，能让特化逻辑更健壮。

Concepts 不是语法糖，它是把模板的“隐式契约”显性化、结构化的过程。写模板前先想清楚“这个参数到底要能做什么”，把它写成 concept，后续所有使用都自动获得类型安全和清晰反馈。不复杂但容易忽略。

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