C++20如何通过concept约束模板参数兼容map与unordered_map等关联容器

1. 能否编写接受所有map类实现的C++20函数？ #

完全可以。C的模板本质是基于行为匹配的鸭子类型，配合C20引入的concept语法，你完全可以写出和具体map实现无关的通用函数，不需要依赖共同基类。

2. 如何定义限制map行为的C++20 concept？ #

不需要把完整的Map接口全部翻译成concept，你只需要把实际用到的操作写到concept约束里就可以了——C++的设计原则是你需要什么就约束什么，不需要为了匹配名义上的接口去枚举所有无关操作。

举个例子，如果你需要的是键为std::string、值为int的映射类型，需要支持按key取值、遍历、插入这几个常用操作，对应的concept可以这么写：

#include <concepts>
#include <string>
#include <utility>

template<typename T>
concept StringIntMap = requires(T m, const T cm, std::string key, int value) {
    // 要求存在key_type、mapped_type嵌套类型，分别对应string和int
    typename T::key_type;
    typename T::mapped_type;
    std::same_as<typename T::key_type, std::string>;
    std::same_as<typename T::mapped_type, int>;
    // 要求支持[]运算符按key读写值
    { m[key] } -> std::same_as<int&>;
    // 要求支持at方法按key读值
    { cm.at(key) } -> std::same_as<const int&>;
    // 要求支持insert插入键值对
    { m.insert(std::make_pair(key, value)) };
    // 要求支持范围遍历，有合法的begin/end迭代器
    { cm.begin() } -> std::input_iterator;
    { cm.end() } -> std::input_iterator;
    // 要求支持size方法获取元素个数
    { cm.size() } -> std::convertible_to<std::size_t>;
    // 要求支持count方法判断key是否存在
    { cm.count(key) } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};

这个concept已经可以同时匹配std::map<std::string, int>、std::unordered_map<std::string, int>以及后续所有满足这些操作的第三方map实现，你写函数的时候直接用这个concept约束参数即可：

// 通用的map处理函数
void process_map(StringIntMap auto& map) {
    map["test"] = 123;
    for (auto& [k, v] : map) {
        // 自定义遍历逻辑
    }
}

如果需要更通用的、支持任意键值类型的map concept，稍作修改即可实现：

template<typename T, typename Key, typename Value>
concept Map = requires(T m, const T cm, Key key, Value value) {
    typename T::key_type;
    typename T::mapped_type;
    std::same_as<typename T::key_type, Key>;
    std::same_as<typename T::mapped_type, Value>;
    { m[key] } -> std::same_as<Value&>;
    { cm.at(key) } -> std::same_as<const Value&>;
    { m.insert(std::pair<Key, Value>(key, value)) };
    { cm.begin() } -> std::input_iterator;
    { cm.end() } -> std::input_iterator;
    { cm.size() } -> std::convertible_to<std::size_t>;
    { cm.count(key) } -> std::convertible_to<std::size_t>;
};

// 使用示例：约束键为std::string，值为int的map
void process_map(Map<std::string, int> auto& map) {
    // 业务逻辑
}

补充说明 #

C标准库本身没有提供内置的通用Map concept，因为不同场景下对map的行为要求差异极大：有的场景需要有序性，有的不需要；有的场景需要支持异构查找，有的不需要。你完全可以根据自己的业务需求裁剪concept里的约束项，不需要兼容所有用不到的接口，这也是C泛型比Java接口更灵活的地方。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者pasaba por aqui