C++11的enum class & enum struct和enum

C++11的enum class & enum struct和enum

 

C++標准文檔——n2347（學習筆記） 
鏈接：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2007/n2347.pdf

 

• 舊版enum存在的問題
  • 1 問題1向整形的隱式轉換
  • 2 問題2無法指定底層所使用的數據類型
  • 3 問題3enum的作用域
  • 4 不同編譯器解決該問題的方法不統一
• enum class 和 enum struct
  • 1 enum class 和 enum struct 是等價的
  • 2 聲明
  • 3 類型轉換
  • 4 指定底層數據類型underlying type
  • 5 域
• C11enum的一些新特點
• 轉載請注明出處

 

1. 舊版enum存在的問題

問題	描述
1	向整形的隱式轉換(Implicit conversion to an integer)
2	無法指定底層所使用的數據類型(Inability to specify underlying type)
3	enum的作用域(Scope)
4	不同編譯器解決該問題的方法不統一

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1.1 問題1：向整形的隱式轉換

在開始這個問題之前，我們需要知道什么是整形提升

查看之前的博文：C\C++中的整形提升

在看完什么是整形提升之后，我們開始這個問題：

舊版enum其實並不具有非常完全的類型安全（當然它也體現了一定的類型安全：1.禁止不同枚舉體之間的賦值 2.禁止整形向枚舉體的隱式轉換等），也就是面對整形提升，舊版enum是沒有抗拒力的。

例如：

#include <iostream> enum colorA{redA,greenA,grayA}; enum colorB {redB,greenB,yellowB}; void test(int data) { std::cout << "test called" << std::endl; } int main() { colorA ca(redA); colorB cb(greenB); //ca = cb; ERROR , 無法從“colorB”轉換為“colorA” //ca = 2; ERROR , 無法從“int”轉換為“colorA” bool res(ca < cb); //OK std::cout << std::boolalpha << res << std::endl; test(ca); //OK std::cin.get(); return 0; }

 

運行結果：

true 
test called

就像上面的代碼：我們仍然可以比較兩個不同枚舉體的大小，用枚舉體調用參數為int的函數。顯然此時的枚舉體發生了 整形提升 。

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在無法使用C++11新版enum的情況下，機制的程序員想到了：將enum封裝到類的內部的方法。

#include <iostream> class Color { private: enum _color { _red, _blue, _yellow, _black }; public: explicit Color(const _color & other) { value = value; } explicit Color(const Color & other) { value = other.value; } const Color& operator=(const Color& other) { value = other.value; return *this; } static const Color red, blue, yellow, black; _color value; //operators bool operator <(const Color & other) { return value < other.value; } bool operator >(const Color & other) { return value > other.value; } bool operator <=(const Color & other) { return value <= other.value; } bool operator >=(const Color & other) { return value >= other.value; } bool operator ==(const Color & other) { return value == other.value; } //... //conversion int toint() { return value; } }; //init static const Color obj const Color Color::red(Color::_color::_red); const Color Color::blue(Color::_color::_blue); const Color Color::yellow(Color::_color::_yellow); const Color Color::black(Color::_color::_black); void test(int data) { std::cout << "called" << std::endl; } int main() { Color ca(Color::blue); std::cout << ca.toint() << std::endl; //ca = 2; ERROR, 沒有找到接受“int”類型的右操作數的運算符(或沒有可接受的轉換) //test(ca); ERROR, 無法將參數 1 從“Color”轉換為“int” //bool res(ca > 2); ERROR,沒有找到接受“int”類型的右操作數的運算符(或沒有可接受的轉換) std::cin.get(); return 0; }

 

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的確，封裝在類中的enum能夠抵抗整形提升。但是這種enum不同於POD(plain old data)，無法放入寄存器當中，這會帶來額外的開銷。

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1.2 問題2：無法指定底層所使用的數據類型

A. 首先，無法指定數據類型，導致我們無法明確枚舉類型所占的內存大小。這種麻煩在結構體當中尤為突出，特別是當我們需要內存對齊和填充處理的時候。

#include <iostream> enum Version { Ver1 = 1, Ver2, Ver3 }; struct MyStruct { MyStruct(Version ver) { this->Ver = ver; } Version Ver; //Ohters... }; int main() { MyStruct m(Version::Ver1); std::cin.get(); return 0; }

此時我們的解決辦法還是：不使用enum

#include <iostream> enum Version { Ver1 = 1, Ver2, Ver3 }; struct MyStruct { MyStruct(Version ver) { this->Ver = ver; } unsigned char Ver;//將enum Version轉為unsigned char類型 //Ohters... }; int main() { MyStruct m(Version::Ver1); std::cin.get(); return 0; }

 

B. 其次，當我們使用enum時，我們無法決定編譯器底層是如何對待enum的（比如：signed和unsigned）。

#include <iostream> enum MyEnum { num1 = 1, num2 = 2, numn = 0xFFFFFF00U }; int main() { std::cout << num1 << std::endl; std::cout << num2 << std::endl; std::cout << numn << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

VS2015運行結果：

1 
2 
-256

CodeBlocks運行結果：

1 
2 
4294967040

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在 numn=0xFFFFFF00U；中，我們希望0xFFFFFF00表現為unsigned。但是不同的編譯器其標准也不同。這就給我們的程序帶來了許多的不確定性。

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在文檔n2347中的例子：不同編譯器對0xFFFFFFF0U的表現。

#include <iostream> using namespace std; enum E { E1 = 1, E2 = 2, Ebig = 0xFFFFFFF0U }; int main() { cout << sizeof(E) << endl; cout << "Ebig = " << Ebig << endl; cout << "E1 ? -1 =\t" << (E1 < -1 ? "less" : E1 > -1 ? "greater" : "equal") << endl; cout << "Ebig ? -1 =\t" << (Ebig < -1 ? "less" : Ebig > -1 ? "greater" : "equal") << endl; }

 

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1.3 問題3：enum的作用域

enum的中的 ” { } ” 大括號並沒有將枚舉成員的可見域限制在大括號內，導致enum成員曝露到了上一級作用域(塊語句)中。

例如：

#include <iostream> enum color{red,blue};//定義擁有兩個成員的enum，red和blue在enum的大括號外部可以直接訪問，而不需要使用域運算符。 int main() { std::cout << blue << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

 

運行結果：

1

-

就如上面的代碼，我們可以在blue的大括號之外訪問它，color的成員被泄露到了該文件的全局作用域中（雖然它尚不具備外部鏈接性）。可以直接訪問，而不需要域運算符的幫助。

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但是這不是關鍵，有時我們反而覺得非常方便。下面才是問題所在：

• 問題：無法定義同名的枚舉成員

enum color { red, blue }; //enum MyEnum { red, yellow }; ERROR, 重定義；以前的定義是“枚舉數”

 

如上面的代碼所示：我們無法重復使用red這個標識符。因為它在color中已經被用過了。但是，它們明明就是不同的枚舉類型，如果可以使用相同的成員名稱，然后通過域運算符來訪問的話，該有多好！就像下面這樣：

color::red

但是這是舊版的enum無法做到的。

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• 解決上述問題：利用命名空間

#include <iostream> namespace spaceA { enum color { red, blue }; } namespace spaceB { enum colorX { red, blue }; } int main() { std::cout << spaceA::red << std::endl; std::cout << spaceB::blue << std::endl; std::cout << std::boolalpha << (spaceA::red > spaceB::blue) << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

運行結果：

0 
1 
false

-

是的，只要利用命名空間我們就能解決枚舉體的成員重定義問題，但是添加了多余的一層命名空間，未免顯得麻煩

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1.4 不同編譯器解決該問題的方法不統一

在1.2中展示的圖片告訴我們：有些編譯器可能提供了相應的擴展來解決這些問題，但是有的編譯器卻沒有，這使得我們的編程非常的不統一，有時候因為enum而削弱了程序的可移植性。

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2. enum class 和 enum struct

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2.1 enum class 和 enum struct 是等價的

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2.2 聲明

如大標題，枚舉體的聲明和定義使用 enum class或是enum struct， 二者是等價的。使用enum class\enum struct不會與現存的enum關鍵詞沖突。而且enum class\enum struct具有更好的類型安全和類似封裝的特性（scoped nature）。

enum class color{red,green,yellow}; 
enum class colorx{red,green=100,yellow}; 
//....

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2.3 類型轉換

與整形之間不會發生隱式類型轉換，但是可以強轉。

#include <iostream> enum class color { red, green, yellow}; int main() { //int res(color::red); //ERROR , “初始化”: 無法從“color”轉換為“int” //color col(2);//ERROR , “初始化”: 無法從“int”轉換為“color” //強轉 int res(static_cast<int>(color::red));//OK color col(static_cast<color>(1));//OK std::cin.get(); return 0; }

 

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2.4 指定底層數據類型(underlying type)

默認的底層數據類型是int，用戶可以通過：type（冒號+類型）來指定任何整形（除了wchar_t）作為底層數據類型。

enum class color:unsigned char{red,blue}; enum calss colorb:long long{yellow,black};

 

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2.5 域

引入了域，要通過域運算符訪問，不可以直接通過枚舉體成員名來訪問（所以我們可以定義相同的枚舉體成員而不會發生重定義的錯誤）

#include <iostream> enum class color { red, green, yellow}; enum class colorX { red, green, yellow }; int main() { //使用域運算符訪問枚舉體成員，強轉后打印 std::cout << static_cast<int>(color::red) << std::endl; std::cout << static_cast<int>(colorX::red) << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

 

運行結果：

0 
0

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3. C++11enum的一些新特點

• 枚舉體的定義和聲明問題 
  
• 用enum定義的枚舉體是一個不具有封裝性(不知道如何翻譯是好：unscoped enumeration)的枚舉體，他的成員可以在enum的大括號外被直接訪問。而用enum class或是enum struct（二者在語法上是等價的）定義的枚舉體是具有封裝性的（scoped enumeration），他的成員同過成員名直接訪問，而應通過域運算符來訪問。

#include <iostream> enum class color{red,black}; enum colorx{green,yellow}; int main() { color::red;//用域運算符訪問color的成員 green;//直接訪問colorx的成員 colorx::green;//用域運算符訪問colorx的成員 std::cin.get(); return 0; }

 

• 圖中的enum-base應該只能是整形的數據（不能是浮點類型或是其他類型），const或是volatile會被忽略。
• enumerator-list中的成員被作為常量使用，與常量的功能等價。
• 使用=給成員初始化的時候，=右邊應該使用常量，這個常量應該為整形或是其他的枚舉類型。如果第一個枚舉成員沒有初始化，那么他默認為0，其他沒有初始化的成員是前面一個成員的值加1。

enum color { red=3, black, gray };//成員的值分別為：3 4 5 enum colorx { green, yellow };//成員的值分別為：0 1 enum colorxx{xred,xyellow,xblack=12,xgray};//成員的值分別為：0 1 12 131

 

• 每種枚舉體的類型都不同於其他枚舉體。

enum colora{red};//colora的類型與colorb的類型不同 enum colorb{yellow};

 

• 每種枚舉都具有底層數據類型，同過：type（冒號+類型）來指定。對於指定了數據類型的枚舉體，他的數據類型為指定的數據類型。如果沒有固定的底層數據類型：

  1. 對於enum class和enum struct來說，他的底層數據類型是int。
  2. 對於enum來說，他的底層數據類型根據編譯器而不同。
  3. 如果有使用數據初始化，那么他的數據類型與用來初始化的數據的類型相同。

• 如果該枚舉體沒有指定的底層數據類型，而且該枚舉體的成員為空，那么這個枚舉體相當於只有一個成員0

• enum（非enum class\enum struct）會發生整形提升

#include <iostream> enum color { red, green, yellow }; int main() { std::cout << std::boolalpha << (red == green) << std::endl;//(red == green)發生了整形提升 std::cin.get(); return 0; }

 

• enum（非enum class\enum struct）會發生自動數據類型轉換。但是enum class\enum struct是不允許這么做的。

#include <iostream> enum color { red, green, yellow }; int main() { //color col = 2;//ERROR , “初始化”: 無法從“int”轉換為“color” int i = green;//發生隱式轉換 std::cout << i << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

運行結果：

1

• 可以對enum和enum class\enum struct進行強制轉換。

#include <iostream> enum class color { red, green, yellow,a,b,v }; int main() { int res(0); //res = color::red + color::green;//ERROR , “color”不定義該運算符或到預定義運算符可接收的類型的轉換 res = static_cast<int>(color::red) + static_cast<int>(color::green); std::cout << res << std::endl; std::cin.get(); return 0; }

 

運行結果：

1

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3. 轉載請注明出處

 

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