c++ 20概念使用示例

改编自https://en.cppreference.com/w/cpp/language/constraints，你可以只做一些鸭子打字:

#include <cassert>
#include <concepts>

struct ClassWithMyFunc {
    int myFunc() {
        return 1;
    }
};

struct ClassWithoutMyFunc {};

// Concept HasMyFunc: type 'T' has `.myFunc` and
// its return is convertible to int.
template<typename T>
concept HasMyFunc= requires(T a) {
    { a.myFunc() } -> std::convertible_to<int>;
};

// Constrained function template
template<HasMyFunc T>
int f(T t) {
    return t.myFunc() + 1;
}

int main() {
    assert(f(ClassWithMyFunc()) == 2);
    // assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);
}

编译并运行:

g++ -ggdb3 -O0 -std=c++20 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.cpp
./main.out

如果取消注释// assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);，它会像预期的那样失败:

In file included from /usr/include/c++/10/cassert:44,
                 from main.cpp:1:
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:27:34: error: use of function ‘int f(T) [with T = ClassWithoutMyFunc]’ with unsatisfied constraints
   27 |     assert(f(ClassWithoutMyFunc()) == 2);
      |                                  ^
main.cpp:21:5: note: declared here
   21 | int f(T t) {
      |     ^
main.cpp:21:5: note: constraints not satisfied
main.cpp: In instantiation of ‘int f(T) [with T = ClassWithoutMyFunc]’:
main.cpp:27:5:   required from here
main.cpp:15:9:   required for the satisfaction of ‘HasMyFunc<T>’ [with T = ClassWithoutMyFunc]
main.cpp:15:20:   in requirements with ‘T a’ [with T = ClassWithoutMyFunc]
main.cpp:16:15: note: the required expression ‘a.myFunc()’ is invalid
   16 |     { a.myFunc() } -> std::convertible_to<int>;
      |       ~~~~~~~~^~
cc1plus: note: set ‘-fconcepts-diagnostics-depth=’ to at least 2 for more detail

需要多个基类

如果你真的想要某个基类:

#include <concepts>
#include <type_traits>

struct Base1 {};
struct Base2 {};

struct Derived1 : public Base1 {};
struct Derived2 : public Base2 {};

struct NotDerived {};

template<typename T>
concept HasBase1Or2= std::is_base_of<Base1, T>::value || std::is_base_of<Base2, T>::value;

template<HasBase1Or2 T>
void f(T) {}

int main() {
    f(Derived1());
    f(Derived2());
    // f(NotDerived());
}

如果取消注释// f(NotDerived());它在以下情况下失败:

main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:22:19: error: use of function ‘void f(T) [with T = NotDerived]’ with unsatisfied constraints
   22 |     f(NotDerived());
      |                   ^
main.cpp:17:6: note: declared here
   17 | void f(T) {}
      |      ^
main.cpp:17:6: note: constraints not satisfied
main.cpp: In instantiation of ‘void f(T) [with T = NotDerived]’:
main.cpp:22:19:   required from here
main.cpp:13:9:   required for the satisfaction of ‘HasBase1Or2<T>’ [with T = NotDerived]
main.cpp:13:55: note: no operand of the disjunction is satisfied
   13 | concept HasBase1Or2= std::is_base_of<Base1, T>::value ||
      |                                                 ~~~~~~^~
   14 |                      std::is_base_of<Base2, T>::value;
      |                      ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  
cc1plus: note: set ‘-fconcepts-diagnostics-depth=’ to at least 2 for more detail

在Ubuntu 21.04 GCC 10.3.0上测试。

GCC 10似乎已经实现了它:https://gcc.gnu.org/gcc-10/changes.html，你可以在Ubuntu 20.04上获得它作为一个PPA。https://godbolt.org/ GCC 10.1无法在Ubuntu 20.04上识别概念。

这在c++中通常是不合理的，正如这里的其他答案所指出的那样。在c++中，我们倾向于基于其他约束来定义泛型类型，而不是“从该类继承”。如果你真的想这样做，在c++ 11和<type_traits>中很容易做到:

#include <type_traits>

template<typename T>
class observable_list {
    static_assert(std::is_base_of<list, T>::value, "T must inherit from list");
    // code here..
};

This breaks a lot of the concepts that people expect in C++ though. It's better to use tricks like defining your own traits. For example, maybe observable_list wants to accept any type of container that has the typedefs const_iterator and a begin and end member function that returns const_iterator. If you restrict this to classes that inherit from list then a user who has their own type that doesn't inherit from list but provides these member functions and typedefs would be unable to use your observable_list.

There are two solutions to this issue, one of them is to not constrain anything and rely on duck typing. A big con to this solution is that it involves a massive amount of errors that can be hard for users to grok. Another solution is to define traits to constrain the type provided to meet the interface requirements. The big con for this solution is that involves extra writing which can be seen as annoying. However, the positive side is that you will be able to write your own error messages a la static_assert.

为了完整起见，上面例子的解决方案如下:

#include <type_traits>

template<typename...>
struct void_ {
    using type = void;
};

template<typename... Args>
using Void = typename void_<Args...>::type;

template<typename T, typename = void>
struct has_const_iterator : std::false_type {};

template<typename T>
struct has_const_iterator<T, Void<typename T::const_iterator>> : std::true_type {};

struct has_begin_end_impl {
    template<typename T, typename Begin = decltype(std::declval<const T&>().begin()),
                         typename End   = decltype(std::declval<const T&>().end())>
    static std::true_type test(int);
    template<typename...>
    static std::false_type test(...);
};

template<typename T>
struct has_begin_end : decltype(has_begin_end_impl::test<T>(0)) {};

template<typename T>
class observable_list {
    static_assert(has_const_iterator<T>::value, "Must have a const_iterator typedef");
    static_assert(has_begin_end<T>::value, "Must have begin and end member functions");
    // code here...
};

上面的例子中有很多概念展示了c++ 11的特性。对于好奇的人来说，一些搜索词是可变参数模板、SFINAE、表达式SFINAE和类型特征。

在c++中是否有与此关键字简单等价的东西?

No.

根据你想要实现的目标，可能会有足够的(甚至更好的)替代品。

我已经看了一些STL代码(在linux上，我认为它是从SGI的实现派生出来的)。它有“概念断言”;例如，如果您需要一个能够理解*x和++x的类型，则概念断言将在一个什么都不做的函数(或类似的东西)中包含该代码。它确实需要一些开销，所以把它放在一个定义依赖于#ifdef debug的宏中可能是聪明的。

如果子类关系确实是你想知道的，你可以在构造函数中断言T instanceof list(除非它在c++中“拼写”不同)。这样，你就可以通过测试来避免编译器无法为你检查它。

只接受类型List派生的类型T的等效函数如下所示

template<typename T, 
         typename std::enable_if<std::is_base_of<List, T>::value>::type* = nullptr>
class ObservableList
{
    // ...
};

据我所知，这在c++中是不可能的。不过，我们计划在新的c++ 0x标准中添加一个称为“概念”的特性，它可以提供您正在寻找的功能。这篇关于c++概念的维基百科文章将更详细地解释它。

我知道这并不能立即解决您的问题，但有一些c++编译器已经开始从新标准中添加特性，因此可能会找到一个已经实现了概念特性的编译器。

执行摘要:不要那样做。

J_random_hacker的答案告诉您如何做到这一点。然而，我也想指出，你不应该这样做。模板的全部意义在于它们可以接受任何兼容的类型，而Java样式类型约束打破了这一点。

Java的类型约束是一个错误，而不是一个特性。它们存在的原因是Java对泛型进行了类型擦除，因此Java无法弄清楚如何仅根据类型参数的值调用方法。

另一方面，c++没有这样的限制。模板形参类型可以是与使用它们的操作兼容的任何类型。不需要有一个公共基类。这类似于Python的“Duck Typing”，但在编译时完成。

一个简单的例子展示了模板的力量:

// Sum a vector of some type.
// Example:
// int total = sum({1,2,3,4,5});
template <typename T>
T sum(const vector<T>& vec) {
    T total = T();
    for (const T& x : vec) {
        total += x;
    }
    return total;
}

这个求和函数可以对支持正确运算的任何类型的向量求和。它既适用于int/long/float/double等原语，也适用于重载+=操作符的用户定义数字类型。你甚至可以使用这个函数来连接字符串，因为它们支持+=。

不需要对基本类型进行装箱/解装箱。

注意，它还使用T()构造T的新实例。这在使用隐式接口的c++中是微不足道的，但在使用类型约束的Java中是不可能的。

虽然c++模板没有显式的类型约束，但它们仍然是类型安全的，并且不会使用不支持正确操作的代码进行编译。