C++可变参数模板如何强制限定bool类型？概念方案失效

问题背景 #

先看一个固定参数的示例：当构造函数明确接受bool类型参数时，编译器会自动检查传入值是否在布尔范围内，超出则触发窄化转换错误：

struct BoolOnly {
    BoolOnly(bool b1, bool b2, bool b3) {}
};

调用行为符合预期：

BoolOnly b1 {0, 1, 1};    // 编译通过
BoolOnly b2 {0, 1, 4};    // 编译错误：将‘4’从‘int’窄化转换为‘bool’

现在需要实现可变参数版本的构造函数，要求仅接受由0或1组成的初始化列表，且无需手动编写多参数重载（支持9、25个等任意数量参数）。

现有尝试的缺陷 #

1. 无限制可变参数模板：会接受任意类型、任意值的参数，完全没有校验：

struct BoolOnlyExactVariadic {
    template<typename... Args>
    BoolOnlyExactVariadic(Args... args) {}
};

2. std::same_as概念限制：强制参数必须是bool类型，拒绝0、1这类int字面量，不符合使用习惯：

template<typename T>
concept BooleanExact = std::same_as<T, bool>;

struct BoolOnlyExact {
    template<typename... Args>
    BoolOnlyExact(BooleanExact auto... b) {}
};

调用BoolOnlyExact t2 {0,0,0};会编译失败，因为参数类型是int而非bool。

3. std::convertible_to概念限制：允许所有可转换为bool的类型，但无法校验值范围，4、5这类值也能通过编译：

template<typename T>
concept BooleanConv = std::convertible_to<T, bool>;

struct BoolOnlyConv {
    template<typename... Args>
    BoolOnlyConv(BooleanConv auto... b) {}
};

调用BoolOnlyConv t1 {4,4,5};会编译通过，但这不是我们需要的结果。

可行解决方案（C20/C23） #

方案1：利用std::initializer_list<bool>的窄化检查 #

这是最简洁的方案，直接复用编译器对bool类型初始化的窄化转换校验：

#include <initializer_list>

struct BoolOnlyVariadic {
    BoolOnlyVariadic(std::initializer_list<bool> args) {
        // 可在此处理参数，例如转为数组、存储到容器等
    }
};

调用时的行为和固定参数版本完全一致：

BoolOnlyVariadic t1 {0, 1, 0}; // 编译通过
BoolOnlyVariadic t2 {0, 2, 1}; // 编译错误：窄化转换

编译器会自动拒绝任何无法安全转换为bool的值（即非0/1的整数），完全符合需求。

方案2：概念+编译时断言的可变参数实现 #

如果需要保留可变参数模板的形式（而非initializer_list），可以结合概念和static_assert实现：

#include <type_traits>

// 定义概念：参数是整数类型，且值只能是0或1
template<typename T>
concept ValidBoolValue = std::integral<T>;

struct BoolOnlyVariadic {
    template<typename... Args>
    requires (ValidBoolValue<Args> && ...)
    BoolOnlyVariadic(Args... args) {
        static_assert(((args == 0 || args == 1) && ...), "所有参数必须是0或1");
    }
};

这个方案通过概念限制参数为整数类型，再用static_assert在编译时验证每个参数的值范围，同样能达到需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nuclear