类模板，函数模板，以及非模板函数（常为类模板的成员），可以与约束（constraint）关联，它指定对模板实参的一些要求，这些要求可被用于选择最恰当的函数重载和模板特化。
这种要求的具名集合被称为概念（concept）。每个概念都是谓词，于编译时求值，并成为以之作为一项约束的模板接口的一部分。
具名要求（被命名的条件） --> 约束 --> 概念
概念是用来约束模板类型的条件集合。原来模板通过SIFNAE机制时，报错信息难以阅读，匹配的逻辑难写难读懂，并且这些约束条件和模板本身绑定在一起，不易复用。所以提出概念就是为了解决上述问题，它通过将模板的类型约束条件抽象出来，然后在模板定义时再使用它。这样成功解耦了模板类型约束条件和模板本身。
概念的目的是塑造语义分类（Number、Range、RegularFunction）而非语法上的限制（HasPlus、Array）。按照 ISO C 核心方针 T.20 所说，“与语法限制相反，指定有意义语义的能力是真正的概念的决定性特征。”
关系
概念通过约束表达式定义，使用概念的地方可以直接使用requires约束表达式。
约束、概念和 requires表达式都是编译器常量表达式 bool 值，并且可以作为普通值使用，例如在 if constexpr 中。
概念定义的形式：|
template < 模板形参列表 > concept 概念名 = 约束表达式; |
template < class T >
concept integral = std::is_integral_v<T>;
约束是逻辑操作和操作数的序列，它指定对于模板实参的要求。它们可在 requires 表达式中出现，也可直接作为概念的主体。
有三种类型的约束：
1) 合取 &&（conjunction）
2) 析取 ||（disjunction）
3) 原子约束（atomic constraint）
原子约束应当为 bool 类型的纯右值常量表达式，当且仅当它求值为 true 时该约束得以满足。
template <class T>
concept Integral = std::is_integral<T>::value;
template <class T>
concept SignedIntegral = Integral<T> && std::is_signed<T>::value;
template <class T>
concept UnsignedIntegral = Integral<T> && !SignedIntegral<T>;
template <class T = void>
requires EqualityComparable<T> || Same<T, void>
struct equal_to;
requires 表达式的语法如下：
|
requires { requirement-seq } |
|
requires ( 形参列表(可选) ) { 要求序列 } |
它是 bool 类型的纯右值表达式，描述对一些模板实参的约束。若约束得到满足则这种表达式为 true，否则为 false：
template<typename T>
concept Addable = requires (T x) { x x; }; // requires 表达式，用于定义概念
template<typename T> requires Addable<T> // requires 子句，非 requires 表达式
T add(T a, T b) { return a b; }
template<typename T>
requires requires (T x) { x x; } // 第一个是requires 子句，第二个是requires 表达式
T add(T a, T b) { return a b; }
要求序列 中的每个要求是下列之一：
- 简单要求（simple requirement）
template<typename T>
concept Addable =
requires (T a, T b) {
a b; // 该表达式是不求值操作数；只检查语言正确性。
};
- 类型要求（type requirement）
template<typename T> using Ref = T&;
template<typename T> concept C =
requires {
typename T::inner; // 要求的嵌套成员名
typename S<T>; // 要求的类模板特化
typename Ref<T>; // 要求的别名模板替换
};
- 复合要求（compound requirement）
{ 表达式 } noexcept(可选) 返回类型要求(可选) ;
template<typename T> concept C2 =
requires(T x) {
{*x} -> std::convertible_to<typename T::inner>; // 表达式 *x 必须合法
// 并且 类型 T::inner 必须合法
// 并且 *x 的结果必须可以转换为 T::inner
{x 1} -> std::same_as<int>; // 表达式 x 1 必须合法
// 并且 std::Same<decltype((x 1)), int> 必须被满足
// 亦即，(x 1) 必须为 int 类型的纯右值
{x * 1} -> std::convertible_to<T>; // 表达式 x * 1 必须合法
// 并且其结果必须可以转换为 T
};
- 嵌套要求（nested requirement）
template <class T>
concept Semiregular = DefaultConstructible<T> &&
CopyConstructible<T> && Destructible<T> && CopyAssignable<T> &&
requires(T a, size_t n) {
requires Same<T*, decltype(&a)>; // 嵌套：“Same<...> 求值为 true”
{ a.~T() } noexcept; // 复合："a.~T()" 是不抛出的合法表达式
requires Same<T*, decltype(new T)>; // 嵌套：“Same<...> 求值为 true”
requires Same<T*, decltype(new T[n])>; // 嵌套
{ delete new T }; // 复合
{ delete new T[n] }; // 复合
};
|
概念 auto |
|
template < 模板形参列表 > requires 概念 T func(T a) |
|
template < 模板形参列表 > T func(T a) requires 概念 |
|
template < 概念 T > 去除typename关键字 T func(T a) |
例子1：
#include <iostream>
#include <concepts>
std::integral auto add1(std::integral auto a, std::integral auto b)
{
return a b;
}
template<typename T>
requires std::integral<T>
T add2(T a, T b)
{
return a b;
}
template<typename T>
T add3(T a, T b) requires std::integral<T>
{
return a b;
}
template<std::integral T>
T add4(T a, T b)
{
return a b;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
std::cout << add1(1, 2) << std::endl;
std::cout << add2(1, 2) << std::endl;
std::cout << add3(1, 2) << std::endl;
std::cout << add4(1, 2) << std::endl;
return 0;
}
例子2：
#include <iostream>
#include <concepts>
#include <stddef.h>
template<class T>
concept A = requires (T t) {
t.has();
} && !requires (T t) {
t.hasnt();
};
template<class T>
concept B = requires (T t) {
requires requires { t.has(); };
requires !requires { t.hasnt(); };
};
template<class T>
concept C = requires (T t) {
t.has();
!requires { t.hasnt(); };
};
struct S1 {};
struct S2 { void has(); };
struct S3 { void hasnt(); };
struct S4 { void has(); void hasnt(); };
int main(int argc, char *argv[])
{
static_assert(!A<S1>);
static_assert(A<S2>);
static_assert(!A<S3>);
static_assert(!A<S4>);
static_assert(!B<S1>);
static_assert(B<S2>);
static_assert(!B<S3>);
static_assert(!B<S4>);
static_assert(!C<S1>);
static_assert(C<S2>);
static_assert(!C<S3>);
static_assert(C<S4>);
return 0;
}
在线编译测试
https://wandbox.org/nojs/gcc-head
https://wandbox.org/nojs/clang-head
