如何约束模板函数以适配模板类型的任意范围？

问题背景 #

先定义了以下模板类型及别名：

template<typename T>
struct result_t { 
    T value;
};

template<typename elem_type>
using list_t = std::vector<result_t<elem_type>>;

原本有一个仅接受std::vector<result_t<elem_type>>的硬编码函数：

template<typename elem_type>
auto values(const std::vector<result_t<elem_type>>& values) {...}

现在需要将该函数改为泛型，支持任意符合标准的范围（包括view），尝试定义is_result_range concept时编译器报错无法推导模板参数，错误的concept实现如下：

template<typename range_t, typename element_t>
concept is_result_range = std::ranges::range<range_t>
    && std::is_same_v<typename std::ranges::range_value_t<range_t>, result<element_t>>;

错误原因 #

上述concept包含两个模板参数range_t和element_t，但使用template<is_result_range range_t>时仅传入了range_t，编译器无法自动推导element_t，导致报错。

解决方案 #

需要将concept改为仅接受一个模板参数range_t，并检查范围的元素类型是否为result_t<U>（U为任意类型），以下是两种可行实现：

方法1：使用辅助类型特征 #

先定义判断类型是否为result_t<U>的类型特征，再基于此实现concept：

// 辅助类型特征：判断T是否是result_t<U>的实例
template<typename T>
struct is_result_t : std::false_type {};

template<typename U>
struct is_result_t<result_t<U>> : std::true_type {};

template<typename T>
constexpr bool is_result_t_v = is_result_t<T>::value;

// 最终的concept定义
template<typename range_t>
concept is_result_range = std::ranges::range<range_t>
    && is_result_t_v<std::ranges::range_value_t<range_t>>;

方法2：直接在concept中使用模板推导（C++20+） #

利用C++20的模板参数推导能力，在concept的requires子句中直接匹配元素类型：

template<typename range_t>
concept is_result_range = std::ranges::range<range_t>
    && requires {
        // 尝试将范围的首元素绑定到result_t<U>的引用，推导U
        []<typename U>(const result_t<U>&) {}(*std::ranges::begin(std::declval<range_t>()));
    };

完整使用示例 #

#include <vector>
#include <ranges>
#include <iostream>
#include <type_traits>

template<typename T>
struct result_t { 
    T value;
};

template<typename elem_type>
using list_t = std::vector<result_t<elem_type>>;

// 方法1的辅助类型特征
template<typename T>
struct is_result_t : std::false_type {};

template<typename U>
struct is_result_t<result_t<U>> : std::true_type {};

template<typename T>
constexpr bool is_result_t_v = is_result_t<T>::value;

template<typename range_t>
concept is_result_range = std::ranges::range<range_t>
    && is_result_t_v<std::ranges::range_value_t<range_t>>;

// 泛型values函数
template<is_result_range range_t>
auto values(const range_t& values) {
    // 推导元素的实际类型U
    using elem_type = std::remove_cvref_t<decltype(std::ranges::range_value_t<range_t>::value)>;
    std::vector<elem_type> result;
    for (const auto& item : values) {
        result.push_back(item.value);
    }
    return result;
}

int main() {
    // 测试vector
    list_t<int> int_list = {{1}, {2}, {3}, {4}};
    auto int_values = values(int_list);
    for (int v : int_values) {
        std::cout << v << " ";
    }
    std::cout << "\n";

    // 测试view
    auto odd_view = int_list | std::views::filter([](const auto& r) { return r.value % 2 != 0; });
    auto odd_values = values(odd_view);
    for (int v : odd_values) {
        std::cout << v << " ";
    }
    return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CJCombrink