如何强制C++ concept的类型要求匹配指定类型

有两种常用的约束方案，可以分别实现「类型完全匹配」和「类型可转换为指定类型」的需求： #

1. 要求类型完全匹配指定类型 #

用标准库提供的std::same_as概念即可实现，会严格校验两个类型完全一致，比如要求分配器的size_type必须是std::size_t的写法如下：

#include <concepts>
#include <cstddef>

template<typename Alloc>
concept AllocWithExactSizeT = requires {
    // 首先要求Alloc存在size_type成员类型
    typename Alloc::size_type;
    // 要求size_type和std::size_t完全相同
    requires std::same_as<typename Alloc::size_type, std::size_t>;
};

2. 要求类型可隐式转换为指定类型 #

如果不需要完全一致，只要能安全转换为目标类型即可，替换为std::convertible_to约束即可：

template<typename Alloc>
concept AllocWithConvertibleSizeT = requires {
    typename Alloc::size_type;
    // 要求size_type可以隐式转换为std::size_t
    requires std::convertible_to<typename Alloc::size_type, std::size_t>;
};

补充说明 #

• 如果需要校验显式转换能力，可以把约束替换为std::constructible_from<std::size_t, typename Alloc::size_type>，只要目标类型可以用size_type的值显式构造就算符合要求。
• 上述写法已经自带了对成员类型存在性的校验：如果传入的类型没有定义size_type成员，concept会直接返回不满足，不需要额外编写判断逻辑。
• 如果要额外加更细的约束，比如要求size_type必须是无符号整型，可以叠加std::unsigned_integral概念：requires std::unsigned_integral<typename Alloc::size_type>;

下面是测试用例参考：

// 完全符合要求的分配器
struct ValidAlloc1 {
    using size_type = std::size_t;
};
static_assert(AllocWithExactSizeT<ValidAlloc1>);
static_assert(AllocWithConvertibleSizeT<ValidAlloc1>);

// 仅符合可转换要求的分配器
struct ValidAlloc2 {
    using size_type = unsigned int; // 绝大多数平台下unsigned int可隐式转换为std::size_t
};
static_assert(!AllocWithExactSizeT<ValidAlloc2>);
static_assert(AllocWithConvertibleSizeT<ValidAlloc2>);

// 不符合要求的分配器
struct InvalidAlloc {
    using size_type = int; // 有符号类型，若要过滤这类可以叠加无符号约束
};
static_assert(!AllocWithExactSizeT<InvalidAlloc>);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bonita Montero