解析C++中两个混合单双大括号的requires子句匹配规则

这是Reddit上一份用来统计C类/结构体成员数量的代码，利用C20的consteval和requires特性实现：

struct UniversalType { template<typename T> operator T();  };

template<typename T, typename... A0>
consteval auto MemberCounter(auto ...c0) 
{
    if constexpr (requires { T{ {A0{}}..., {UniversalType{}}, c0... }; } == false
               && requires { T{ {A0{}}..., c0..., UniversalType{}   }; } == false )
   {
        return sizeof...(A0) + sizeof...(c0);
    }
    else if constexpr (requires { T{ {A0{}}..., {UniversalType{}}, c0... }; })
    {
        return MemberCounter<T,A0...,UniversalType>(c0...);
    }
    else
    {
        return MemberCounter<T,A0...>(c0...,UniversalType{});
    }
}

using TestType = struct { int x[3]; float y; char z; };
static_assert (MemberCounter<TestType>() == 3);

int main() {}

代码里两个混合使用单、双大括号的requires子句是实现核心，下面分别解析它们的作用：

第一个requires子句：requires { T{ {A0{}}..., {UniversalType{}}, c0... }; } #

• 这里的T{ ... }是聚合初始化逻辑（目标是无自定义构造函数的普通结构体），内部的大括号序列对应结构体成员的初始化项
• {A0{}}...：展开模板参数包A0，每个A0{}外层套大括号，用来匹配之前识别出的需要大括号初始化的聚合类型成员（比如数组、嵌套结构体）
• {UniversalType{}}：UniversalType是能隐式转换成任意类型的“万能类型”，外层套大括号后，用来尝试匹配下一个聚合类型成员——如果结构体当前待匹配的成员是聚合类型（比如示例里的int x[3]），这种带大括号的万能类型可以完成初始化，触发该requires表达式为真
• c0...：展开函数参数包c0，这些是不带大括号的UniversalType实例，对应已经识别出的非聚合类型成员

简单说，这个表达式的作用是：检查能否在已匹配的成员之后，用带大括号的万能类型匹配下一个聚合类型成员。如果可以，就将UniversalType加入模板参数包A0（对应递归调用MemberCounter<T,A0...,UniversalType>(c0...)），标记该成员为聚合类型。

第二个requires子句：requires { T{ {A0{}}..., c0..., UniversalType{} }; } #

• 同样基于聚合初始化逻辑，UniversalType{}没有额外套大括号，代表尝试用非大括号形式初始化下一个成员
• 这个表达式用来匹配非聚合类型成员（比如示例里的float y、char z）：这类成员可以直接通过UniversalType的隐式转换完成初始化，不需要额外大括号包裹
• 如果该表达式为真，就将不带大括号的UniversalType加入函数参数包c0（对应递归调用MemberCounter<T,A0...>(c0...,UniversalType{})），标记该成员为非聚合类型

整体逻辑总结 #

递归过程中，我们不断用两种方式尝试为结构体添加一个成员的初始化项：

1. 优先尝试带大括号的万能类型，匹配聚合类型成员
2. 若失败则尝试不带大括号的，匹配非聚合类型成员
   直到两种方式都失败（说明所有成员都匹配完成），此时sizeof...(A0) + sizeof...(c0)的结果就是结构体的成员总数量。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者abcdefg