C++20 Concepts 与 Requires 关键字的区别与使用场景

2026-01-11 作者 stdcpp

在 C++20 中，concepts 与 requires 关键字是用于模板约束的两种主要工具，它们虽然目的相同——在编译时对模板参数进行检查，但在语法结构、可读性以及使用场景上有显著差异。本文将对二者进行对比，并给出实际编码示例，帮助你更好地把握何时使用哪一种。

1. 语法概览

关键字	语法位置	作用域	典型用法
`concept`	先声明再使用	在整个模板中	定义可复用的约束
`requires`	直接放在函数/类/模板参数列表中	在定义局部	直接嵌入约束表达式

示例 1：使用 `concept`

template<typename T>
concept Incrementable = requires(T a) {
    { ++a } -> std::same_as<T&>;
};

template<Incrementable T>
T add_one(T x) { return ++x; }

示例 2：使用 `requires`

template<typename T>
requires requires(T a) {
    { ++a } -> std::same_as<T&>;
}
T add_one(T x) { return ++x; }

两者功能相同，但约束表达式被直接写在 requires 关键字后面，省去了单独定义 concept 的步骤。

2. 何时使用 `concept`

可重用约束：当同一组约束需要在多处使用时，定义 concept 可以避免重复书写，提高可读性和维护性。
文档化：concept 名称能直观地表达约束意图（如 Incrementable、Sortable 等），有助于代码阅读。
复杂约束：当约束组合复杂时，将其封装为 concept 能降低模板定义的视觉噪音。

template<Incrementable T, Incrementable U>
auto sum(T a, U b) { return a + b; }

3. 何时使用 `requires`

一次性约束：仅在当前模板中使用，且约束不需要复用时，直接使用 requires 更简洁。
局部特殊化：在特化模板时，requires 能直接表达特化条件。
避免命名冲突：若你不想在全局范围定义新名称，或者约束非常短小，使用 requires 更为直观。

template<typename T>
requires std::integral <T>
void print(T x) { std::cout << x << '\n'; }

4. 性能与编译器实现

从编译器实现角度，concept 和 requires 本质上都依赖模板元编译。编译器会在模板实例化时检查约束是否满足。大多数现代编译器（GCC 11+、Clang 13+、MSVC 19.33+）对两者实现均已成熟，性能差异可以忽略不计。

5. 兼容性与最佳实践

使用 concept 定义基础约束，然后在需要的地方通过 requires 引用它们，既能复用又能保持代码简洁。
对于复杂的逻辑，分解成小 concept 再组合使用，可显著提升代码可读性。
牢记 SFINAE 与 Concepts 的区别：Concepts 的错误信息更友好、编译速度更快，但并非所有旧编译器均支持。

6. 结语

C++20 的 Concepts 与 Requires 为模板编程带来了更强的类型安全与表达力。正确理解两者的语法和适用场景，能够让你的模板代码更加健壮、易读。建议在项目初期就引入 Concepts，逐步用它们替换传统的 SFINAE 方案，从而获得更好的开发体验。

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