为何模板模板类场景下Concept无法按预期工作？

我想编写一个类型特征，用来检查容器的内部元素类型是否具备UUID接口。版本V0的实现符合预期，但版本V1虽然能编译，却没有按要求检查Concept，输出结果不符合预期。

示例代码 #

#include <iostream>
#include <vector>

struct UUID{};

struct IHaveUUID
{
  UUID GetUUID() { return uuid; }
  void SetUUID(UUID uuid){ this->uuid = uuid; }
  UUID uuid;
};

struct IDontHaveUUID
{};

template <class T>
concept HasUUID = requires(T a, UUID uuid) {
                      a.GetUUID();
                      a.SetUUID(uuid);
                  };

// version 0
template<class T>
struct HasUUIDContained_V0 : std::false_type {};

template<template <class U> class T, class U> requires HasUUID<U>
struct HasUUIDContained_V0<T<U>> : std::true_type {};

// version 1

template<class T>
struct HasUUIDContained_V1 : std::false_type {};

template<template <class U> requires HasUUID<U> class T, class U>
struct HasUUIDContained_V1<T<U>> : std::true_type {};

int main()
{
    std::cout<< HasUUIDContained_V0<std::vector<IHaveUUID>>::value << std::endl; // output 1
    std::cout<< HasUUIDContained_V0<std::vector<IDontHaveUUID>>::value << std::endl; // output 0
    std::cout<< HasUUIDContained_V1<std::vector<IHaveUUID>>::value << std::endl; // output 1
    std::cout<< HasUUIDContained_V1<std::vector<IDontHaveUUID>>::value << std::endl; // output 1, what??? I expect 0 too
    return 0;
}

// executed in onlinegdb with C++20

原因解析 #

1. 两个版本的约束位置本质不同 #

• V0的约束逻辑：requires HasUUID<U>是对偏特化的整体约束，直接检查当前容器实例的元素类型U是否满足HasUUID概念。当匹配T<U>时，只有U符合要求，才会选中这个偏特化；否则会回退到主模板，返回false_type，这就是为什么vector<IDontHaveUUID>输出0。
• V1的约束逻辑：template <class U> requires HasUUID<U> class T是对模板模板参数T本身的约束——它要求模板T在定义时，其模板参数U必须满足HasUUID。但std::vector本身并没有这样的内置约束，为什么还能匹配？

2. 模板模板参数的Concept匹配规则 #

C++20中，带约束的模板模板参数匹配现有模板时，只要现有模板可以被实例化为满足约束的参数，就会判定匹配。也就是说，std::vector虽然没有自带HasUUID约束，但它支持传入满足HasUUID的类型作为元素，因此编译器认为它符合template <class U> requires HasUUID<U> class T的要求。

简单说，V1的约束不是检查你当前传入的U是否满足HasUUID，而是检查容器模板T有没有能力接受满足HasUUID的元素——std::vector显然具备这个能力，所以不管你现在传的U是不是符合，都会匹配这个偏特化，导致vector<IDontHaveUUID>也返回true。

3. 正确的约束位置 #

如果要检查容器当前使用的元素类型U是否满足Concept，必须像V0那样，将requires HasUUID<U>放在偏特化的模板参数列表之后，作为整个偏特化的约束，而非约束模板模板参数本身。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jiehong Jiang