【C++】初級者からみた制約とコンセプト

制約について

C++20で追加予定の機能。
templateのエラー文が長い上に分かりづらいという問題点を解消すべく追加された。（と勝手に思っている）

使い方

制約は以下の3通りの記述ができる。

// (1)
template<typename T>
requires /* bool値(コンパイル時定数式) */
void f(T); 

// (2)
template<typename T>
void f(T)
requires /* bool値(コンパイル時定数式) */; 

// (3)
template</* concept */ T>
void f(T);

(3)の書き方がシンプルでわかりやすいが、制約を追加したい場合にconceptを変更するか(1)や(2)の記述に変更する必要があるため、拡張性で劣る。
/* bool値(コンパイル時定数式) */とあるがここには主にrequires式やconceptが入る。

requires式について

柔軟な制約を記述する上で必ず必要になる式。bool値を返すコンパイル時定数式でだいたいあっているとおもう。
以下の2通りの書き方がある。

// (1)
requires {
    // 式
}

// (2)
requires (パラメータ){
    // 式
}

(1)に関しては完全にただのコンパイル時定数式らしいので以下のコードがエラー無しで通る。

std::cout << (requires{std::vector<int>(10);}) << std::endl; // output 1

制約には使用するであろう式をそのまま書く。
例えばT型に対するstd::make_unique<T>()を実行したい場合は

requires {
    std::make_unique<T>();
}

といった感じ。

T型とU型の変数に対して実行したい式があった場合はパラメータを使用する。

requires (T t, U u) {
    ++u; // 前置++演算が有効
    t[0]>(*u); // t[0]と(*u)が有効かつ戻り値が比較可能
    {t.begin()} -> std::same_as<U>; // 複合要件 t.begin()が実行可能かつ戻り値の型がU
}

複合要件はnoexceptや戻り値の型を指定する場合の記述方法。
{式} noexcept(任意) -> concept(任意) の記述らしい(戻り値の方にconcept以外が指定できるかは不明。conceptの第一テンプレート引数が式の戻り値の型に置き換わる)。
複数記述した場合はand条件になるため、or条件は式を分ける必要がある。

conceptについて

制約用にカスタマイズされた変数テンプレートでだいたいあっていると思う。

template<typename T>
concept = /* bool値(コンパイル時定数式)  */;

templateのtypenameやclassに置き換わって使用できたり、複合要件の戻り値の型要件に使用できたりする。
でも結局ただの変数テンプレートなので以下が普通に通る。

std::cout << (std::same_as<int,int>) << std::endl; // output 1

まとめ

なんの制約もなく使用できるtemplateはほぼ皆無なので、これまでのtemplateが使用されていたところには必ず制約が追加される(する必要がある)と思っていい。
type_traitsの機能の多くがconceptsに移動すると思うんだけどtype_traitsで何が出来たかよく覚えていないのでconceptsになにがあるかだけ気にしようと思う。