第十二章 模板
C++20 概念
C++20 概念
概念（Concepts）是 C++20 引入的语法，用于在编译期对模板参数施加约束。它让模板接口更清晰、错误信息更友好、重载选择更精确。
基本语法
概念是一个编译期谓词，返回布尔值：
template <typename T>
concept Integral = std::is_integral_v<T>;
template <typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
{ a + b } -> std::convertible_to<T>;
};
使用方式：
// 方式一：在模板参数列表中直接声明
template <std::integral T>
T add(T a, T b) { return a + b; }
// 方式二：使用 requires 子句
template <typename T>
requires Addable<T>
T add(T a, T b) { return a + b; }
// 方式三：在 auto 约束中使用
auto add(std::integral auto a, std::integral auto b) { return a + b; }
为什么需要概念
1. 更好的错误信息
没有概念时，错误的模板参数会导致几十行嵌套错误信息。有概念时，编译器直接告诉你：
error: constraint 'Integral<float>' not satisfied
2. 区分重载
template <std::integral T>
void process(T x) { /* 处理整数 */ }
template <std::floating_point T>
void process(T x) { /* 处理浮点 */ }
没有概念时，两个模板参数都是 typename T，无法编译。
标准库提供的概念
C++20 标准库 <concepts> 头文件提供了许多现成概念：
| 概念 | 含义 |
|---|---|
std::integral<T> | T 是整数类型 |
std::floating_point<T> | T 是浮点类型 |
std::signed_integral<T> | T 是有符号整数 |
std::unsigned_integral<T> | T 是无符号整数 |
std::movable<T> | T 可以移动 |
std::copyable<T> | T 可以复制 |
std::default_initializable<T> | T 可以默认初始化 |
std::equality_comparable<T> | 支持 == 和 != |
std::totally_ordered<T> | 支持完整的比较运算 |
std::regular<T> | 可复制、默认初始化、可比较 |
std::invocable<T, Args...> | 可以用 Args 调用 T |
std::predicate<F, Args...> | 调用结果可转为 bool |
不需要手写，直接复用标准概念即可。
概念与 SFINAE
在概念出现之前，约束模板参数常用 SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：
template <typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>>
void foo(T x);
SFINAE 代码难以理解和维护。概念替代了这种写法，更加直观：
template <std::integral T>
void foo(T x);
两者编译期行为相同，但概念是官方推荐的现代写法。