寻求支持惰性求值与多类型兼容的通用全字符串替换模板函数实现

我需要实现一个高度通用的全字符串替换模板函数，和常规的替换函数比有不少特殊的设计要求，希望能得到大家的帮助。下面是详细的需求和设计思路：

核心设计要求 #

• 多类型兼容的字符串操作：能处理std::string、std::wstring等所有std::basic_string风格的类，甚至其他提供必要接口的自定义字符串类；搜索串也可以是任意类字符串类型（char*、std::string_view等）。
• 惰性求值的替换文本：替换文本支持两种形式——直接的类字符串值（比如char*、std::string、std::string_view），或惰性求值的可调用对象（比如char*(*)()、std::function<std::string()>这类函数/函数对象）。只有当原字符串中找到搜索串时，才会触发替换文本的求值。
• 替换文本仅求值一次：哪怕搜索串在原字符串中出现多次，替换文本（尤其是functor类型的）也只会被计算一次，避免重复执行带来的开销。
• 替换文本类型灵活：替换文本的类型可以和原字符串、搜索串完全不同，只要最终能转换为与原字符串兼容的std::basic_string_view<>即可。比如返回临时std::string的函数也能正常工作，且要尽可能延长临时对象的生命周期，避免不必要的拷贝。
• 无匹配时的性能优化：当原字符串中没有找到搜索串时，绝对不能创建昂贵的临时对象（比如临时std::string）——我的使用场景里，大部分调用都不会触发替换，所以这部分性能优化非常关键。
• 极致通用的参数设计：替换文本参数要接受所有能生成对应std::basic_string_view<>的类型，不管是直接值还是可调用对象，只要最终结果能赋值给对应类型的basic_string_view就行。

期望的函数原型 #

我希望函数的原型尽可能简洁通用，大概是这样：

auto& replace_all(auto& string, auto search, auto replace)

测试用例 #

下面是我用来验证函数的测试代码，最终断言应该能通过：

#include <string>
#include <functional>
#include <cassert>

int main() {
    std::string t = "hello world";
    replace_all(t, "hello", []() { return "Hello"; });
    replace_all(t, std::string("Hello"), "HELLO");
    replace_all(t, "world", std::string("World"));
    replace_all(t, "World", []() { return std::string("WORLD"); });
    replace_all(t, "WORLD", []() { return "sunshine"; });
    replace_all(t, std::string("HELLO"), []() { return "good day"; });
    replace_all(t, "&", []() -> std::string { return (const char*)0; }); // 这个functor永远不会被求值！
    assert(t == "good day sunshine");
}

现状说明 #

我自己尝试写了一个初步版本，但还没法完全满足所有要求，也参考了一些改进建议，不过还是希望能得到一个更完善的单函数实现。优先支持VS2022 + C20环境，当然能兼容其他编译器或更高C标准的实现也能帮助到其他有类似需求的人。

内容来源于stack exchange