C++中的requires表达式是什么意思？如何定义？

在c++++20中，requires表达式用于约束模板参数，属于概念（concepts）的一部分，其作用是检查类型是否满足特定条件或操作。1. 它通过在模板声明中配合concept使用或作为布尔常量表达式，实现编译期的判断功能；2. 基本结构如定义hassize概念要求类型t具有size()成员函数；3. 可用于函数模板如add_one中限制只有支持a+1操作的类型才能调用；4. 常见用途包括定义组合多个约束条件的概念和直接作为模板约束；5. 写法上需注意表达式有效性、返回值检查及参数命名合理性，如错误写法缺少实例对象调用.size()而正确需传入obj；6. requires表达式本质上是模板编程中的接口验证工具，使模板约束更清晰易读。

在C++20中，requires表达式是用于约束模板参数的一种机制，它属于概念（concepts）的一部分。简单来说，它的作用是检查某个类型是否满足特定的条件或操作，比如能不能调用某个函数、有没有某个成员变量等。

你可以把它理解成一种“编译期的判断语句”，让编译器在实例化模板时自动筛选合适的类型，避免写一堆SFINAE代码。

requires表达式的基本定义方式

requires表达式通常出现在模板声明中，配合concept一起使用，也可以单独作为布尔常量表达式使用。

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一个最基础的requires表达式结构如下：

template
concept HasSize = requires(T t) {
    t.size();  // 要求T类型有size()成员函数
};

上面这个例子定义了一个名为HasSize的概念，它要求传入的类型T必须能调用t.size()。

再来看一个更完整的函数模板使用示例：

template
requires requires(T a) { a + 1; } 
void add_one(T& x) {
    x = x + 1;
}

这里的意思是：只有当T类型的对象可以执行a + 1这个表达式时，才能调用add_one函数。

常见用途和实际应用场景

requires表达式主要用于两个地方：

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• 定义概念（concept）
• 直接作为模板约束

定义概念时的常见写法

你可以在定义概念时使用requires来组合多个约束条件：

template
concept MyConcept = requires(T a, T b) {
    a + b;              // 支持加法
    { a < b } -> std::convertible_to;  // 比较结果能转为bool
};

这里的{ a std::convertible_to表示比较的结果必须是可以转换成bool类型的值。

在模板函数或类上直接使用

除了定义概念外，也可以直接把requires放在模板声明后面：

template
void print_size(const T& container) requires requires {
    container.size();  // 只有container有size()函数时才允许调用
} {
    std::cout << "Size: " << container.size() << std::endl;
}

写requires表达式时需要注意的细节

虽然requires表达式的语法看起来不难，但有几个容易出错的地方：

• 不能随便写表达式：括号里的内容必须是一个有效的表达式，否则编译会报错。
• 不要漏掉返回值检查：如果你希望某个函数返回特定类型，记得加上->后缀来指定预期类型。
• 参数要合理命名：虽然参数名不影响逻辑，但起个有意义的名字有助于阅读和调试。

举个例子：

// 错误：没有参数的情况下调用了.size()
template
concept BadConcept = requires {
    T.size();  // 错了！应该是实例对象调用.size()
};

// 正确写法
template
concept GoodConcept = requires(T obj) {
    obj.size();
};

总结一下

requires表达式本质上是在模板编程中做“接口验证”的工具。它可以让你写出更清晰、更有意义的模板约束条件，而不用依赖复杂的enable_if或者宏技巧。

基本用法包括：

• 定义概念时使用requires
• 在模板函数或类上直接加requires限制
• 使用{ ... } -> constraint形式对返回值做进一步限制

掌握好这些点之后，你会发现C++20的模板约束其实并不难，只是刚开始有点绕而已。

基本上就这些。