为什么双重否定会改变 C++ 概念的价值？答案

【问题标题】：Why does double negation change the value of C++ concept?为什么双重否定会改变 C++ 概念的价值？
【发布时间】：2021-10-06 15:07:49
【问题描述】：

我的一个朋友给我看了一个带有概念的 C++20 程序，这让我很困惑：

struct A { static constexpr bool a = true; };

template <typename T>
concept C = T::a || T::b;

template <typename T>
concept D = !!(T::a || T::b);

static_assert( C<A> );
static_assert( !D<A> );

它被所有编译器接受：https://gcc.godbolt.org/z/e67qKoqce

这里D的概念和C的概念是一样的，唯一的区别是双重否定运算符!!，乍一看不会改变概念值。对于结构体A 来说，C 的概念是真的，D 的概念是假的。

你能解释一下为什么会这样吗？

【问题讨论】：

不是答案，因为我不确定这是否正确，但这可能与b 不存在这一事实有关吗？如果添加b = true，则表达式的行为与预期相同。

标签： c++ language-lawyer c++20 c++-concepts

【解决方案1】：

这里D的概念和C的概念是一样的

他们不是。在检查满意度并分解为原子约束时，约束（和概念 ID）被规范化。

[temp.names]

8 概念 ID 是一个简单模板 ID，其中模板名称为一个概念名称。概念 ID 是 bool 类型的纯右值，而不是命名模板专业化。如果概念的规范化约束表达式 ([temp.constr.decl]) 是由指定的模板参数满足（[temp.constr.constr]）否则为假。

而|| 在C 和D 中被视为不同：

[temp.constr.normal]

2 表达式E 的正常形式是定义的约束如下：

表达式( E ) 的正规形式是E 的正规形式。

表达式E1 || E2 的范式是E1 和E2 范式的析取。

表达式E1 && E2的范式是E1和E2范式的合取。

concept-id C<A1, A2, ..., An>的正规形式是C的约束表达式的正规形式，在替换A1之后， A2, ..., An 为C 中的各个模板参数每个原子约束中的参数映射。如果有任何此类替代导致无效的类型或表达式，程序格式错误；无需诊断。

任何其他表达式E的正常形式是原子约束，其表达式为E，其参数映射为恒等式映射。

对于C，原子约束是T::a 和T::b。
对于D，只有一个原子约束!!(T::a || T::b)。

原子约束中的替换失败使其不满足并评估为false。 C<A> 是一个满足的约束和一个不满足的约束的析取，所以它是true。 D<A> 为 false，因为它唯一的原子约束发生替换失败。

【讨论】：

【解决方案2】：

需要意识到的重要一点是，对于[temp.constr.constr]，原子约束仅通过连词（通过顶级&&）和析取（通过顶级||）组成。否定必须被认为是约束的一部分，而不是约束的否定。甚至还有 non-normative note 明确指出这一点。

考虑到这一点，我们可以检查这两种情况。 C 是两个原子约束的析取：T::a 和 T::b。 Per /3，析取在检查满意度时采用短路行为。这意味着首先检查T::a。由于它成功了，整个约束C 得到满足，而无需检查第二个。

另一方面，D 是一个原子约束：!!(T::a || T::b)。 || 不会以任何方式创建析取，它只是表达式的一部分。我们查看[temp.constr.atomic]/3 来查看模板参数被替换了。这意味着T::a 和T::b 都执行了替换。该段还指出，如果替换失败，则不满足约束。正如前面的注释所暗示的，前面的否定甚至还没有被考虑。事实上，只有一个否定会产生相同的结果。

现在显而易见的问题是为什么要以这种方式设计概念。不幸的是，我不记得在设计师的会议演讲和其他交流中遇到过任何理由。我能找到的最好的是原始提案中的这一点：

虽然否定在我们的约束中相当普遍（参见第 5.3 节），但我们发现没有必要为运算符分配更深层次的语义。

在我看来，这可能真的低估了做出决定的想法。我很想看到设计师详细说明这一点，因为我相信他比这个小引文还有更多要说的。

【讨论】：