C++11 强类型enum

本文探讨了旧版enum存在的问题,包括隐式类型转换、类型限制、底层数据类型不确定及作用域冲突等,并介绍了新版enum如何解决这些问题。新版enum支持指定底层类型、限定作用域和阻止隐式类型转换。

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旧式enum问题

容易被隐式转换成int

默认情况下enum的每一项都有一个整数对应,可以显式指定或者从前一个自增得到。
旧式enum的类型限制是:

  1. 禁止不同枚举体之间的赋值
  2. 禁止整形向枚举体的隐式转换等

但是,当使用enum作为函数参数或者返回值时,如果此时参数类型或者返回值类型为int类型,是都可以隐式转换为int类型的。

无法指定底层所使用的数据类型

对于enum底层的实现,也就是underlying type,由于无法由程序代码指定,因此不同编译器会有各自不同的实现,这使得跨平台困难,特别是需要进行底层数据传输时计算尺寸时是不可估计的,特别是当我们需要内存对齐和填充处理的时候。

enum Version { Ver1 = 1, Ver2, Ver3 };

struct S{
    S(Version ver) { this->Ver = ver; }
    Version Ver;
    //...
};

由于不知道Version成员变量的具体实现,长度不可估计,无法进行内存对齐规划。
另外对于下面的代码会带来不同编译器底层实现不同导致的问题:

enum Num{ num1 = 1, num2 = 2, numn = 0xFFFFFF00U };

显式指定numn = 0xFFFFFF00U为无符号数,但不同编译器底层采取的类型不同,可能会解释为有符号数,也可能被截断。

没有严格的scope界限

enum并没有将成员名称的作用域限制,一旦定义就是全局可见的,因此下面的代码是不能通过编译的:

enum answer { wrong, right };
enum size { left, right }

由于两个enum同时使用了right这个名称,而且他们都是全局可见的,因此不能通过编译。如果要解决上述问题,必须将他们分别放在不同的命名空间中,然后使用::运算符区分:

namespace answer {
    enum { wrong, right};
}
namespace size {
    enum { left, right};
}

强类型enum

新版enum解决了上述所有问题。

enum [class|struct| ] [identifier] [: enum_base]
{
    member1,
    member2,
    ...
};

上述语法增加,可以使用class或者struct或者不使用三种方式定义,标示符也可以不使用,然后可以显式指定enum_base,用来指定底层实现的类型。enum的成员被作为常量使用,与常量的功能等价。

定义方式中,enum struct、enum class解决了旧式enum的问题,而仅仅使用enum定义时,就退化为旧式enum。这样既兼容了旧式enum,又提供新方法解决了旧式的问题。

作用域

仅使用enum定义时与旧式一样,不具有作用域限制,是全局可见的。
使用enum class或enum struct定义时只在定义内部可见。要通过域运算符访问,不可以直接通过枚举体成员名来访问。不同enum的同名成员不会产生冲突。

enum class colorA {red, blue};
enum class cloloB {red = 2, blue};

cout << colorA::red << endl;
cout << colorB::red << endl;

类型转换

仅使用enum定义时与旧式一样,会进行隐式转换。
enum class或enum struct与整形不能进行隐式转换,但是可以进行强制转换:

enum class color { red, green, yellow};

//强制转换
int res(static_cast<int>(color::red));
color col(static_cast<color>(1));

底层类型

每种枚举都具有底层数据类型,通过enum_base来指定。对于指定了数据类型的枚举体,他的数据类型为指定的数据类型。如果没有指定底层数据类型,按照如下标准进行:

  • 对于enum class和enum struct来说,他的底层数据类型是int。
  • 对于enum来说,他的底层数据类型根据编译器而不同。
  • 如果有使用数据初始化,那么他的数据类型与用来初始化的数据的类型相同。

std命名空间提供了underlying_type来获取底层类型:

template <typename Enum>
auto as_integer(Enum const value)
-> typename std::underlying_type<Enum>::type
{
return static_cast<typename std::underlying_type<Enum>::type>(value);
}

如果该枚举体没有指定的底层数据类型,而且该枚举体的成员为空,那么这个枚举体相当于只有一个成员0。

### C++ 中 `enum` 和 `enum class` 的区别 #### 1. 类型安全性 传统 `enum` 是弱类型的,其值默认可以隐式转换为整数类型。而 `enum class` 则是强类型的,不允许隐式转换为其他类型[^3]。 ```cpp // Traditional enum (weak type safety) enum Color { Red, Green, Blue }; void setColor(Color c) { // Function implementation } int main() { int value = Red; // Allowed due to implicit conversion. setColor(Blue); // Correct usage. setColor(Green + 1); // Implicitly converts integer back to Color. return 0; } ``` 对于 `enum class`,这种隐式转换被禁止: ```cpp // Enum class (strong type safety) enum class Direction { North, South, East, West }; void setDirection(Direction d) { // Function implementation } int main() { // int value = Direction::North; // Compilation error: no implicit conversion allowed. setDirection(Direction::South); return 0; } ``` #### 2. 命名冲突 传统 `enum` 的成员会注入到外部作用域中,容易引发命名冲突。相比之下,`enum class` 将枚举成员严格限制在其自身的范围内[^1]。 ```cpp // Example of naming conflict with traditional enum enum Status { Success, Failure }; enum Result { Success, Error }; // Causes a compilation error because 'Success' is already defined. // With enum class, there are no conflicts as the members belong only within their scope. enum class State { Success, Failure }; enum class Outcome { Success, Error }; // No issue here since scopes are separate. ``` #### 3. 定义方式 两者的定义语法略有不同。以下是具体的对比示例[^2]: ```cpp // Definition using traditional enum enum Animal { Cat, Dog, Bird }; // Definition using enum class enum class Pet { Fish, Hamster, Turtle }; ``` 注意,在访问 `enum class` 成员时需要显式指定所属的枚举类名称: ```cpp Pet myPet = Pet::Fish; // Required syntax for scoped enumerations. Animal pet = Bird; // Direct access works fine without specifying namespace or prefix. ``` #### 4. 使用场景 当项目规模较小且不需要过多考虑扩展性和维护成本时可以选择普通的 `enum`;然而如果追求更高的代码质量标准,则推荐采用 `enum class` 来强程序的安全性并减少潜在错误风险。 --- ### 总结表 | 特性 | `enum` | `enum class` | |--------------------|----------------------------------|------------------------------------| | **类型安全** | 弱类型 | 强类型 | | **命名空间隔离** | 不支持 | 支持 | | **隐式转换至基础类型**| 允许 | 禁止 | ---
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