C++ 具名要求-全库范围的概念

此页面中列出的具名要求，是 C++ 标准的规范性文本中使用的具名要求，用于定义标准库的期待。

某些具名要求在 C++20 中正在以概念语言特性进行形式化。在那之前，确保以满足这些要求的模板实参实例化标准库模板是程序员的重担。若不这么做，则可能导致非常复杂的编译器诊断。

全库范围的概念

operator== 是一种等价关系

C++ 具名要求： EqualityComparable

类型必须能使用 == 运算符且结果应当具有标准语义。

要求

以下情况下，类型 T 满足可相等比较 (EqualityComparable) ：

给定

T 或 const T 类型的表达式 a、b 与 c

下列表达式必须合法且拥有其指定的效果

表达式	返回类型	要求
`a == b`	可隐式转换为 bool	建立一种等价关系，即满足下列性质：对于 `a` 的所有值，a == a 产生 true；若 a == b，则 b == a；若 a == b 且 b == c，则 a == c。

注解

为满足此要求，没有内建比较运算符的类型必须提供用户定义的 operator==。

对于既可相等比较 (EqualityComparable) 又可小于比较 (LessThanComparable) 的类型， C++ 标准库对相等（即表达式 a == b 的值）和等价（即表达式 !(a < b) && !(b < a) 的值）间做出区别。

operator< 是一种严格弱序关系

C++ 具名要求： LessThanComparable

类型必须能使用 < 运算符且结果应当具有标准语义。

要求

以下情况下，类型 T 满足LessThanComparable：

给定

T 或 const T 类型的表达式 a、b 与 c

下列表达式必须合法并拥有其指定的效果

表达式	返回值	要求
a < b	可隐式转换为 bool	建立严格弱序关系，即具有下列属性：对于所有 `a`，!(a < a) 若 a < b 则 !(b < a) 若 a < b 且 b < c 则 a < c 定义 equiv(a, b) 为 !(a < b) && !(b < a)，若 equiv(a, b) 且 equiv(b, c)，则 equiv(a, c)

注解

为满足此要求，没有内建比较运算符的类型必须提供用户定义的 operator<。

对于既可相等比较 (EqualityComparable) 又可小于比较 (LessThanComparable) 的类型，C++ 标准库在相等（即表达式 a == b 的值）和等价（即表达式 !(a < b) && !(b < a) 的值）间做出区别。

支持空值的指针式类型

C++ 具名要求： NullablePointer (C++11 起)

指定该类型是能与 std::nullptr_t 对象进行比较的指针式类型。

要求

类型必须满足所有下列要求：

可相等比较 (EqualityComparable)
可默认构造 (DefaultConstructible)
可复制构造 (CopyConstructible)
可复制赋值 (CopyAssignable)
可析构 (Destructible)

此外，此类型的一个值初始化的对象必须产生该类型的空值（null）。空值必须仅与自身等价。该类型的默认初始化可拥有不确定值。

此类型必须可按语境转换成 bool。若其值等价于其空值则此转换的效果为 false，否则为 true。

此类型进行的操作均不可抛异常。

此类型必须满足下列额外的表达式，给定该类型的两个值 p 与 q，以及 np 是 std::nullptr_t 类型的值（可有 const 限定）：

表达式	效果
Type p(np); Type p = np;	之后 `p` 等价于 nullptr。
Type(np)	等价于 nullptr 的临时对象。
p = np	必须返回 `Type&`，而且之后 `p` 等价于 nullptr。
p != q	必须返回能按语境转换成 bool 的值。效果为 `!(p == q)`。
p == np np == p	必须返回能按语境转换成 bool 的值。效果为 `(p == Type())`。
p != np np != p	必须返回能按语境转换成 bool 的值。效果为 `!(p == np)`。

注解

注意，对可空指针 (NullablePointer) 类型不要求解引用（operator* 或 operator->）。满足这些要求的最小化类型是

class handle
{
    int id;
public:
    handle(std::nullptr_t = nullptr) : id(0) { }
    explicit operator bool()
    {
        return id != 0;
    }

    friend bool operator ==(handle l, handle r)
    {
        return l.id == r.id;
    }

    friend bool operator !=(handle l, handle r)
    {
        return !(l == r);
    }
};

标准库

下列类型必须满足可空指针 (NullablePointer) ：

每个分配器 (Allocator) 类型 X 的成员类型 X::pointer、X::const_pointer、X::void_pointer 及 X::const_void_pointer
std::unique_ptr 的成员类型 X::pointer
类型 std::exception_ptr

调用示例

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <complex>
#include <tuple>
#include <typeinfo>

struct Cell
{
    int x;
    int y;

    Cell() = default;
    Cell(int a, int b): x(a), y(b) {}

    //类型必须能使用 == 运算符且结果应当具有标准语义。
    bool operator ==(const Cell &cell) const
    {
        return x == cell.x && y == cell.y;
    }

    bool operator !=(const Cell &cell) const
    {
        // return x != cell.x && y != cell.y;
        return !(*this == cell);
    }

    //类型必须能使用 < 运算符且结果应当具有标准语义。
    bool operator <(const Cell &cell) const
    {
        if (x < cell.x)
        {
            return true;
        }
        return y < cell.y;
    }
};

class handle
{
    int id;
public:
    handle(std::nullptr_t = nullptr) : id(0) { }
    explicit operator bool()
    {
        return id != 0;
    }

    friend bool operator ==(handle l, handle r)
    {
        return l.id == r.id;
    }

    friend bool operator !=(handle l, handle r)
    {
        return !(l == r);
    }
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const Cell &cell)
{
    os << "{" << cell.x << "," << cell.y << "}";
    return os;
}

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;

    Cell cell1 = {101, 102};
    Cell cell2 = {101, 102};
    Cell cell3 = {201, 202};

    std::cout << cell1 << " == " << cell2 << "  :   "
              << (cell1 == cell2) << std::endl;
    std::cout << cell1 << " != " << cell2 << "  :   "
              << (cell1 != cell2) << std::endl;
    std::cout << cell1 << " == " << cell3 << "  :   "
              << (cell1 == cell3) << std::endl;
    std::cout << cell1 << " != " << cell3 << "  :   "
              << (cell1 != cell3) << std::endl;

    std::cout << cell1 << " <  " << cell2 << "  :   "
              << (cell1 < cell2) << std::endl;
    std::cout << "!(" << cell1 << " <  " << cell2 << ")  :   "
              << !(cell1 < cell2) << std::endl;
    std::cout << cell1 << " < " << cell3 << "  :   "
              << (cell1 < cell3) << std::endl;
    std::cout << "!(" << cell1 << " < " << cell3 << ")  :   "
              << !(cell1 < cell3) << std::endl;

    return 0;
}

输出

{101,102} == {101,102}  :   true
{101,102} != {101,102}  :   false
{101,102} == {201,202}  :   false
{101,102} != {201,202}  :   true
{101,102} <  {101,102}  :   false
!({101,102} <  {101,102})  :   true
{101,102} < {201,202}  :   true
!({101,102} < {201,202})  :   false