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概念库 (C++20)

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概念库提供基础库概念们的定义,它们能用于进行模板实参的编译时校验,以及基于类型属性的函数派发。这些概念在程序中提供等式推理的基础。

标准库中的大多数概念一同加上了语法及语义要求。如果符合标准概念的语法要求,那么称它被满足,而如果在满足标准概念的情况下还符合它的语义要求(如果存在),那么称它被实现

通常,编译器只能检查语法要求。如果程序的合法性或含义取决于模板实参序列是否实现一个概念,而该概念被满足但未被实现,或在使用点语义要求未得到满足,那么程序非良构,不要求诊断。

相等性保持

如果表达式对在给定的输入相等时产生的输出也相等,那么它保持相等性,其中

  • 表达式的输入由它的操作数组成,并且
  • 表达式的输出由它的结果和表达式对操作数进行的所有修改(如果存在)组成。

为了方便用词,表达式的“操作数”指代的是包含一个标识表达式,或者对 std::movestd::forwardstd::declval 的调用的最大子表达式。

每个操作数的 cv 限定与值类别,是通过假设每个模板类型形参代表一个无 cv 限定的完整非数组对象类型确定的。

进一步要求每个要求保持相等性的表达式都稳定:这种表达式带相同输入对象的二次求值必须拥有相等的输出,而无任何对这些输入对象的显式中间修改。

除非另外指出,每个用于标准库概念中的 requires 表达式中的表达式都要求保持相等性且稳定,而表达式的求值只能修改它的非常操作数。不能修改常操作数。

在标准库中,以下概念可以拥有不保持相等性的 requires 表达式:

隐式的表达式变种

使用不修改某 const 左值操作数的表达式的 requires 表达式隐式要求该表达式的额外变种对给定操作数接受非 const 左值或(可以是 const 的)右值,除非该表达式变种以其他语义显式要求。

这些隐式表达式变种 必须符合与声明的表达式的相同的语义。实现可以以任何程度校验这些变种的语法。

template<class T>
concept C = requires(T a, T b, const T c, const T d)
{
    c == d;           // 表达式 #1:不会修改任何操作数
    a = std::move(b); // 表达式 #2: 会修改所有操作数
    a = c;            // 表达式 #3: 只会修改左操作数 a
};

// 表达式 #1 隐式要求满足 c == d 的要求(包括无修改)的额外表达式变种,
// 如同另外声明了以下表达式:

// ------ const == const ------- ------ const ==  非 const ---
//                                         c  ==           b;
//            c == std::move(d);           c  == std::move(b);
// std::move(c) ==           d;  std::move(c) ==           b;
// std::move(c) == std::move(d); std::move(c) == std::move(b);

// --- 非 const == const ------- --- 非 const ==  非 const ---
//           a  ==           d;            a  ==           b;
//           a  == std::move(d);           a  == std::move(b);
// std::move(a) ==           d;  std::move(a) ==           b;
// std::move(a) == std::move(d); std::move(a) == std::move(b);

// 表达式 #3 隐式要求满足 a = c 的要求(包括对第二操作数无修改)的额外表达式变种,
// 如同另外声明了 a = b(非 const 左值变种)和 a = std::move(c)(const 右值变种)。

// 注意:因为表达式 #2 已经显式要求了非 const 右值变种(a == std::move(b)),
//      所以表达式 #3 不会再隐式要求该变种。

// 类型 T 满足以上概念 C 显式指定的语法要求,但没有满足额外的隐式要求
// (即 T 满足但没有实现 C):因此有要求 C<T> 的程序非良构(不要求诊断)。
struct T
{
    bool operator==(const T&) const { return true; }
    bool operator==(T&) = delete;
};

标准库概念

更多概念可在迭代器库算法库范围库中找到。

参阅