概念库 (C++20)

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C++
 
概念库
 

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::move、std::forward 和 std::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

在命名空间 std 定义
核心语言概念
在标头 <concepts> 定义
(C++20)
 指定一个类型与另一类型相同
(概念)
(C++20)
 指定一个类型派生自另一类型
(概念)
(C++20)
 指定一个类型能隐式转换成另一类型
(概念)
(C++20)
 指定两个类型共有一个公共引用类型
(概念)
(C++20)
 指定两个类型共有一个公共类型
(概念)
(C++20)
 指定类型为整数类型
(概念)
(C++20)
 指定类型为有符号的整型类型
(概念)
(C++20)
 指定类型为无符号的整型类型
(概念)
(C++20)
 指定类型为浮点类型
(概念)
(C++20)
 指定一个类型能从另一类型赋值
(概念)
(C++20)
 指定一个类型能进行交换，或两个类型能彼此交换
(概念)
(C++20)
 指定能销毁该类型的对象
(概念)
(C++20)
 指定该类型的变量能从一组实参类型进行构造，或绑定到一组实参类型
(概念)
(C++20)
 指定一个类型的对象能默认构造
(概念)
(C++20)
 指定能移动构造一个类型的对象
(概念)
(C++20)
 指定能复制构造和移动构造一个类型的对象
(概念)
比较概念
在标头 <concepts> 定义
 (C++20)
 指定能用于布尔语境的类型
(仅用于阐述的概念*)
(C++20)
 指定运算符 == 为等价关系
(概念)
(C++20)
 指定比较运算符在该类型上产生全序
(概念)
在标头 <compare> 定义
(C++20)
 指定运算符 <=> 在给定类型上产生一致的结果
(概念)
对象概念
在标头 <concepts> 定义
(C++20)
 指定能移动及交换一个类型的对象
(概念)
(C++20)
 指定能复制、移动及交换一个类型的对象
(概念)
(C++20)
 指定能赋值、移动、交换及默认构造一个类型的对象
(概念)
(C++20)
 指定类型为正则，即它既 semiregular 也 equality_comparable
(概念)
可调用概念
在标头 <concepts> 定义
(C++20)
 指定能以给定的一组实参类型调用的可调用类型
(概念)
(C++20)
 指定可调用类型为布尔谓词
(概念)
(C++20)
 指定可调用类型为二元关系
(概念)
(C++20)
 指定 relation 施加等价关系
(概念)
(C++20)
 指定一个 关系 所强加的是严格弱序
(概念)

更多概念可在迭代器库、算法库与范围库中找到。

参阅

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