C++如何约束模板参数 概念(concepts)基础用法

concepts 是 c++20 引入的一项特性，用于在编译期对模板参数进行语义约束。1. 它通过定义类型必须满足的条件提升模板代码清晰度和错误信息友好性；2. 可使用标准库预定义概念如 std::integral、std::floating_point 等快速实现模板约束；3. 支持自定义 concept，例如定义 addable 或组合条件的 mytype；4. 可应用于函数模板和类模板，并可在不同语法风格间切换；5. 使用时需注意编译器支持情况，且所有检查均在编译期完成不影响运行性能。

C++20 引入了 Concepts，用来在编译期对模板参数进行约束，让模板代码更清晰、错误信息更友好。它解决了以前模板编程中“泛型太泛”的问题，可以在定义模板时明确指定类型必须满足的条件。

什么是 Concepts？

Concepts 是 C++20 中的一项新特性，用于给模板参数加上语义上的限制。你可以把它理解为一种“类型接口”——不是运行时接口，而是在编译期检查的接口。

举个简单的例子：

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template
requires std::integral
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

这里 std::integral 就是一个概念（concept），表示模板参数 T 必须是整数类型。如果你传了一个浮点数进去，编译器会直接报错，并告诉你“这个类型不满足 integral 的要求”。

如何使用预定义的概念

C++20 标准库 和 中提供了一些常用的 concept，比如：

• std::integral
• std::floating_point
• std::default_initializable
• std::copyable
• std::equality_comparable

这些可以直接用在模板上，帮助你快速写出带约束的函数或类模板。

例如，写一个只接受浮点类型的函数：

template
T average(T a, T b) {
    return (a + b) / 2;
}

或者用 requires 写法：

template
requires std::floating_point
T average(T a, T b) {
    return (a + b) / 2;
}

这两种写法效果一样，只是语法风格不同。

如何自定义 Concept

除了使用标准库提供的，你还可以自己定义 concept，来表达你自己的需求。

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比如我们想定义一个 concept，表示类型支持加法操作：

template
concept Addable = requires(T a, T b) {
    a + b; // 要能执行 a + b
};

然后就可以这样用：

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

这样，任何不能相加的类型就不能作为模板参数用了。

再复杂一点，可以组合多个条件：

template
concept MyType = std::integral && requires(T a) {
    sizeof(a) > 4;
};

这个 MyType 表示：类型必须是整数类型，并且大小大于 4 字节。

几个小技巧和注意事项

• concept 可以组合：比如 requires A && B。

• 可以用在类模板上：

  template
  requires std::copyable
  class MyClass { /* ... */ };

• 注意编译器支持情况：虽然 C++20 已正式发布，但某些旧版本的编译器可能还不完全支持 concepts，建议使用较新的 GCC、Clang 或 MSVC。

• concept 不影响运行时性能：所有检查都在编译期完成，不会带来额外开销。

基本上就这些。Conceps 的出现让模板编程更可控、更容易理解，特别是当团队协作或维护大型项目时，作用非常明显。用好它，可以让代码既通用又安全。