Template 是 C++ 一個泛型的重要功能。透過 template 可以讓開發者只要寫一次，就可以針對不同的型別的資料，來做處理。
他雖然用起來很方便，但是大部分情況下都缺少對於需求型別的描述，所以如果沒用好寫錯了，就很有可能因為使用了不符合需求的型別，而導致無法正確編譯；而這個時候，編譯器給個錯誤訊息往往也會過於雜亂、讓開發者難以理解、也難以找到真正的問題點。
比如說下面這個簡單的範例程式：
struct A
{
int value;
};
template<typename T>
auto get_value(const T& a)
{
auto v = a.value;
// do some thing
return v;
}
int main()
{
A a{ 10 };
auto x = get_value(a);
}
這個程式裡面，get_value() 這個函式會去取得傳入參數 a 的 value 這個成員變數的值，然後經過處理後、回傳結果的值。
上面的程式由於 A 這個結構有定義 value，所以使用上並沒有問題，可以正確編譯、也可以正確執行。
但是如果其他想要使用 get_value() 這個函式的人不知道使用的型別需要有 value 這個成員的話，那會怎樣呢？比如說，把傳入參數的型別從 A 變成 int 的話，main() 會變成：
int main()
{
int a{ 10 };
auto x = get_value(a);
}
這時候，就會出現錯誤而無法完成編譯了～
而在 Visual Studio 中的編譯錯誤，訊息會如下：
1>1>concept.cpp 1>concept.cpp(9,1): error C2228: '.value' 的左邊必須有類別/結構/等位 1>concept.cpp(9,1): message : 類型為 'const T' 1>concept.cpp(9,1): message : with 1>concept.cpp(9,1): message : [ 1>concept.cpp(9,1): message : T=int 1>concept.cpp(9,1): message : ] 1>concept.cpp(17): message : 請參考正在進行編譯的函式 樣板 具現化 'auto get_value(const T &)' 1>concept.cpp(17): message : with 1>concept.cpp(17): message : [ 1>concept.cpp(17): message : T=int 1>concept.cpp(17): message : ] 1>concept.cpp(11,1): error C3536: 'v': 無法在初始化之前使用 1>專案 "Concept.vcxproj" 建置完成 -- 失敗。
而彙整的錯誤報告有兩個，分別是：
- 錯誤 C2228：'.value' 的左邊必須有類別/結構/等位 S:CppTestConceptconcept.cpp 9
- 錯誤 C3536：'v': 無法在初始化之前使用 S:CppTestConceptconcept.cpp 11
如果點選上面的錯誤、Visual Studio 所跳到的程式碼，都會在 get_value() 內，讓人較難以判斷；而如果程式的 template 用得更複雜的話，在不熟悉這類的錯誤、同時也難以認真去讀編譯器輸出的訊息（message）的狀況下，那要判斷錯誤原因的狀況，是相當困難的…
為了解決這樣的問題，C++20 引進了所謂的「concepts」，用來針對 template 的型別，做額外的描述。
這部分的介紹可以參考《Constraints and concepts》或《C++20: Concepts, the Details》。而 Visual Studio 2019 在 16.3 後，也已經有部分支援 concepts（參考《C++20 Concepts Are Here in Visual Studio 2019 version 16.3》）了～這篇的程式測試，基本上都是在 Visual Studio 上測試的。
不過老實說由於這東西應該還算是在很早期的階段，所以相關介紹感覺還不算完整，Heresy 自己邊看邊摸，也不知道到底是不是完全正確；如果有錯的話，也麻煩指正一下了。
總之，如果要使用 concept 的話，上面的程式碼大致上就會修改成類似下面的樣子：
template<typename T>
concept have_value = requires(T a) {
a.value;
};
template<typename T>
requires have_value<T>
auto get_value(const T& a)
{
auto v = a.value;
// do some thing
return v;
}
int main()
{
int b = 10;
auto y = get_value(b);
}
其中，第一段就是在定義一個名為「have_value」的 concept。
template<typename T>
concept have_value = requires(T a) {
a.value;
};
在 C++20 中，所謂的 concept 基本上就是一些「需求」（requirement）的集合，用來驗證型別是否符合需求用的。
而這個例子裡面，就是簡單地透過驗證 a.value; 這個式子是否合法、來確定型別 T 是否有 value 這個成員。
在定義好了 have_value 這個 concept 後，接下來則是幫本來的 get_value() 加上一行
requires have_value<T>
告訴編譯器以及使用者，這個函式的 template 型別 T 需要符合 have_value 這個 concept。
在這樣修改完成後，編譯的錯誤會變成是：
1>concept.cpp 1>concept.cpp(21,11): error C2672: 'get_value': 找不到相符的多載函式 1>concept.cpp(21,22): error C7602: 'get_value': 未滿足相關聯的限制式 1>concept.cpp(13): message : 請參閱 'get_value' 的宣告 1>專案 "Concept.vcxproj" 建置完成 -- 失敗。
基本上，錯誤算是更明確了！
而如果點選上面的錯誤的話，他也會跳到呼叫 main() 裡面呼叫 get_value() 的地方，而不會再直接進到 get_value() 內～
除了錯誤訊息更明確外，由於在 get_value() 宣告就明確地寫了它需要符合的條件，對於要使用它的開發者，也會更容易地去判斷自己要使用的型別，是否符合函式的設計了～
在 template 函式要使用，其實總共有三種寫法。第一種寫法（Requires Clause），就是像上面一樣，寫在 template<> 的後面的形式：
template<typename T>
requires have_value<T>
auto get_value(const T& a){ ... }
第二種方法（Trailing Requires Clause），則是把 requires 加在後面：
template<typename T>
auto get_value(const T& a) requires have_value<T>{ ... }
另外，甚至可以直接寫成下面更為精簡的形式（Constrained Template Parameters）：
template<have_value T>
auto get_value(const T& a) { ... }
而除了針對 template 函式來做需求的限制外，他也可以用來做 template specialization。
比如說上面的程式就可以寫成：
struct A
{
int value;
};
template<typename T>
concept have_value = requires(T a) {
a.value;
};
template<have_value T> // have_vale
auto get_value(const T& a)
{
auto v = a.value;
// do some thing
return v;
}
template<typename T> // generic
auto get_value(const T& a)
{
auto v = a;
// do some thing
return v;
}
int main()
{
A a{ 10 };
auto x = get_value(a); // use have_vale
int b = 10;
auto y = get_value(b); // use generic
}
透過這樣撰寫兩個不同的 get_value()，就可以讓編譯器去判斷呼叫的時候要去用哪的版本了。在這個狀況下，只要所傳入的參數型別符合 have_value 這個 concept 的話，他就會去使用第一個版本，否則就會去使用第二個一般性的版本。
所以透過 concept 來做 template specialization，其實也算是滿實用的～
而除了用在 template function 上，cooncept 也能用在 template class 上。例如：
template<typename T>
requires have_value<T>
class CValue {};
或是
template<have_value T>
class CValue {};
此外，他也可以用在 template class 的 member funtion；例如：
template<typename T>
class CValue
{
public:
T m_val;
int get_value() const
{
return m_val;
}
int get_value() const requires have_value<T>
{
return m_val.value;
}
};
以上面的例子來說，雖然在 CValue 這個類別裡面同時有宣告兩個 get_value() 的成員函式，但是由於條件（requires）不同，所以其實並不會同時存在，所以並不會出現重複定義的狀況。
而在使用時，編譯器也會根據型別是否符合 have_value 這個 concept，來產生不同的版本。
這篇大概就先記錄這些，下一篇再來整理一下怎麼定義一個 concept 吧～
主要參考：