为何在C++ Concept中使用std::bitset的constexpr size()会失败？

问题描述 #

以下代码可以正常编译，因为foo.size()是constexpr函数，能在编译期返回std::bitset<24>的大小：

std::bitset<24> foo;
static_assert(std::same_as<std::bitset<24>, std::bitset<foo.size()>>);

但下面的Concept定义却无法通过断言：

template <typename T> concept is_std_bitset = requires( T t )
{
    requires std::same_as<T,std::bitset<t.size()>>;
};

static_assert(is_std_bitset<std::bitset<24>>); // 断言失败

原因分析 #

这不是Concept的通用限制，而是Concept的requires表达式中，占位符变量t是抽象的类型实例代表，并非具体的编译期对象。尽管std::bitset::size()是constexpr成员函数，但在这个上下文里，编译器无法从抽象的t中提取出编译期常量值——因为t没有被实例化为具体的对象，也就无法触发size()的constexpr求值来作为std::bitset的模板参数。

解决办法 #

针对std::bitset的特性，有两种可行的解决方式：

方法1：通过类型 trait 提取std::bitset的模板参数 #

先定义一个类型 trait 来获取std::bitset<N>中的模板参数N：

#include <bitset>
#include <concepts>

template<typename T>
struct bitset_size;

template<std::size_t N>
struct bitset_size<std::bitset<N>> : std::integral_constant<std::size_t, N> {};

template<typename T>
inline constexpr std::size_t bitset_size_v = bitset_size<T>::value;

再基于这个trait定义Concept：

template <typename T>
concept is_std_bitset = requires {
    requires std::same_as<T, std::bitset<bitset_size_v<T>>>;
};

方法2：直接特化Concept匹配std::bitset模板 #

更简洁的方式是直接对std::bitset<N>特化Concept：

#include <bitset>
#include <concepts>

template<typename T>
concept is_std_bitset = false;

template<std::size_t N>
concept is_std_bitset<std::bitset<N>> = true;

两种方法都能让static_assert(is_std_bitset<std::bitset<24>>)正常通过编译。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者goneskiing