【现代C++】概念的使用

现代C++（特别是C++20及以后的版本）引入了概念（Concepts），这是一种指定模板参数必须满足的约束的方式。概念使得模板代码更清晰，更容易理解和使用，并且能在编译时提供更好的错误信息。以下是C++概念的关键特性和使用示例：

1. 基本概念使用

概念定义了模板参数必须满足的一组约束。

#include <concepts>
#include <iostream>

template<typename T>
requires std::integral<T>  // 基本概念
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

void basicConcept() {
    std::cout << add(1, 2) << std::endl;  // 正确
    // std::cout << add(1.1, 2.2) << std::endl;  // 错误，浮点数不满足std::integral概念
}

2. 自定义概念

你可以定义自己的概念，以表达更复杂的约束。

#include <iostream>

template<typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
    { a + b } -> std::convertible_to<T>;
};

template<typename T>
requires Addable<T>  // 使用自定义概念
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

void customConcept() {
    std::cout << add(3, 4) << std::endl;  // 正确
}

3. 概念与函数重载

概念可以与函数重载一起使用，让编译器根据概念选择合适的函数版本。

#include <iostream>
#include <concepts>

template<typename T>
requires std::integral<T>
void process(T value) {
    std::cout << "Processing integral: " << value << std::endl;
}

template<typename T>
requires std::floating_point<T>
void process(T value) {
    std::cout << "Processing floating point: " << value << std::endl;
}

void conceptWithOverloading() {
    process(10);    // 调用处理整数的版本
    process(10.5);  // 调用处理浮点数的版本
}

4. 概念在类模板中的应用

概念同样可以用在类模板的定义中，限制模板参数的类型。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <concepts>

template<typename T>
requires std::integral<T>
class Numbers {
    std::vector<T> values;

public:
    void add(T value) {
        values.push_back(value);
    }

    void print() {
        for (auto v : values) {
            std::cout << v << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

void conceptInClassTemplate() {
    Numbers<int> numbers;
    numbers.add(1);
    numbers.add(2);
    numbers.print();  // 输出：1 2

    // Numbers<double> decimals;  // 错误，double不满足std::integral概念
}

通过这些示例可以看到概念如何在现代C++中用于指定模板参数的约束，提高代码的可读性、健壮性和易用性。概念为模板编程提供了更清晰的语义和更强的类型检查。