c++中如何使用C++20的Concepts进行类型约束_c++20 Concepts类型约束用法

c++20的Concepts提供编译期类型约束,提升模板代码可读性与安全性。使用concept定义谓词如Integral限制模板参数,结合std::integral等标准库concept可精确控制类型要求,支持逻辑组合与requires表达式检查操作合法性及返回类型,适用于函数与类模板,使错误提示更清晰。

c++中如何使用C++20的Concepts进行类型约束_c++20 Concepts类型约束用法

C++20 引入了 Concepts,用来对模板参数进行约束,使编译器能在编译期检查类型是否满足特定要求。相比传统的 SFINAE 或 static_assert,Concepts 提供了更清晰、可读性更强的语法来限制模板类型。

定义和使用基本 Concept

Concept 是一个编译期谓词,用于描述类型必须满足的条件。使用 concept 关键字定义:

 template<typename T> concept Integral = std::is_integral_v<T>; <p>template<Integral T> T add(T a, T b) { return a + b; }</p>

上面定义了一个名为 Integral 的 concept,它要求类型 T 必须是整型。函数 add 只接受满足该 constraint 的类型。如果传入 double,编译器会直接报错,并提示类型不满足 constraint。

使用标准库中的 Concepts

C++20 标准库在 <concepts> 头文件中提供了常用 concepts,例如:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • std::integral:整型类型
  • std::floating_point:浮点类型
  • std::default_constructible:可默认构造
  • std::copyable:可复制
  • std::equality_comparable:支持 == 操作

可以直接在模板中使用:

 #include <concepts> <p>template<std::integral T> T multiply(T a, T b) { return a * b; }</p>

组合多个约束

可以使用逻辑运算符组合多个 constraints:

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 template<typename T> concept Numeric = std::integral<T> || std::floating_point<T>; <p>template<Numeric T> T maximum(T a, T b) { return a > b ? a : b; }</p>

这个 Numeric concept 接受整型或浮点类型。也可以用 &amp;&amp; 表示“与”关系:

 template<typename T> concept SignedIntegral = std::integral<T> &amp;&amp; std::is_signed_v<T>; 

在类模板中使用 Concepts

Concepts 同样适用于类模板:

 template<typename T> concept Printable = requires(T t) {     std::cout << t; }; <p>template<Printable T> struct Logger { void log(const T& value) { std::cout << "Value: " << value << 'n'; } };</p>

这里使用了 requires 表达式 来检查类型是否支持被输出到 std::cout

requires 表达式的进阶用法

除了检查表达式合法性,还可以检查返回类型、异常等:

 template<typename T> concept Addable = requires(T a, T b) {     { a + b } -> std::same_as<T>; // 要求 a+b 返回 T 类型 }; 

这个 constraint 确保加法操作返回的是相同类型。

基本上就这些。Concepts 让模板编程更安全、更易读,错误信息也更友好。合理使用能显著提升代码质量。

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