C++

发布日期: 2024-08-04

作者: 吴杭沉

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枚举（enumeration）是独立的类型，其值限制在一个取值范围内（细节见下文），它可以包含数个明确命名的常量（“枚举项（enumerator）”）。
各常量的值是某个整型类型（称为该枚举的底层类型（underlying type））的值。枚举以下列语法定义：

enum-关键词 attr(可选) enum-名(可选) enum-基(可选)(C++11) { 枚举项列表(可选) }     (1)
enum-关键字 attr(可选) enum-名 enum-基(可选) ;     (2)     (C++11 起)

1) enum-说明符，出现于声明语法的声明说明符序列：定义枚举类型与其枚举项。
2) 不可见（opaque）枚举声明：定义枚举类型，但不定义其枚举项：在此声明后，该类型是完整类型，且其大小已知。
注意：仅有的在 enum-名之前出现嵌套名说明符的情况，是类模板的有作用域枚举成员的显式特化声明 C++14 起。

enum-关键字     -     enum、enum class(C++11 起) 或 enum struct(C++11 起) 之一
attr(C++11)     -     任意数量的属性的可选序列
enum-名     -     所声明的枚举的名字。若存在，且若此声明为重声明，则其之前可带有 嵌套名说明符(C++11 起)，

即名字和作用域解析运算符 :: 的序列并以作用域解析运算符结尾。仅可在无作用域枚举声明中省略名字。enum-基C++11 - 冒号 (:)，后随指名某个整型类型的类型说明符序列（若它为 cv 限定，则忽略其限定性），该类型将作为此枚举类型的固定底层类型
枚举项列表 - 枚举项定义的逗号分隔列表，每项要么是简单的标识符，它成为枚举项之名，要么是带初始化器的标识符：标识符 = 常量表达式。任一情况下，标识符可直接后随一个可选的属性说明符序列。C++17起有两种截然不同的枚举：无作用域枚举以 enum-关键词 enum 声明和有作用域枚举以 enum-关键词 enum class或 enum struct声明。

无作用域枚举

enum 名字 { 枚举项 = 常量表达式 , 枚举项 = 常量表达式 , ... }     (1)
enum 名字 : 类型 { 枚举项 = 常量表达式 , 枚举项 = 常量表达式 , ... }     (2)     (C++11 起)
enum 名字 : 类型 ;     (3)     (C++11 起)

1) 声明无作用域枚举类型，其底层类型不固定（此情况中，底层类型是由实现定义的某个能表示所有枚举项值的整型类型；此类型不大于 int，除非枚举项的值不能放入 int 或 unsigned int。若枚举项列表为空，则底层类型为如同枚举拥有单个值为 0 的枚举项）。
2) 声明底层类型固定的无作用域枚举类型。
3) 无作用域枚举的不可见枚举声明必须指定底层类型。每个枚举项都成为该枚举类型即名字的一个具名常量，在其外围作用域可见，且可用于要求常量的任何位置。

enum Color { red, green, blue };
Color r = red;
switch(r)
{
    case red  : std::cout << "red\n";   break;
    case green: std::cout << "green\n"; break;
    case blue : std::cout << "blue\n";  break;
}

每个枚举项都与一个底层类型的值相关联。当在枚举项列表中提供了初始化器时，各枚举项的值由那些初始化器所定义。若首个枚举项无初始化器，则其关联值为零。对于其他任何定义中无初始化器的枚举项，其关联值为前一枚举项加一。

enum Foo { a, b, c = 10, d, e = 1, f, g = f + c };
//a = 0, b = 1, c = 10, d = 11, e = 1, f = 2, g = 12

无作用域枚举类型的值可隐式转换为整型类型。若底层类型不固定，则其值可转换到以下列表中首个能保有其整个值范围的类型：int、unsigned int、long、unsigned long、long long 或 unsigned long long。若底层类型固定，则其值可转换到其提升后的底层类型。

enum color { red, yellow, green = 20, blue };
color col = red;
int n = blue; // n == 21

整数、浮点和枚举类型的值，可用 static_cast 或显式转型转换到任何枚举类型。若底层类型不固定，且若源值在范围外（源值在范围内，若它能以足以保有目标枚举的所有枚举项的最小位域表示，这里若源值为浮点类型则首先转换到枚举的底层类型），则其结果未指明 C++17前未定义 C++17起。否则，结果与隐式转换到底层类型的结果相同。
注意，这种转换后的值不必等于任何为该枚举所定义的具名枚举项。

enum access_t { read = 1, write = 2, exec = 4 }; //枚举项：1、2、4 范围：0..7
access_t rwe = static_cast<access_t>(7);
assert((rwe & read) && (rwe & write) && (rwe & exec));

access_t x = static_cast<access_t>(8.0); // C++17 起为未定义行为
access_t y = static_cast<access_t>(8); // C++17 起为未定义行为
enum foo { a = 0, b = UINT_MAX }; // 范围：[0, UINT_MAX]
foo x= foo(-1); // C++17 起为未定义行为，即使 foo 的底层类型为 unsigned int

无作用域枚举的名字可以忽略：这种声明仅将各枚举项引入到其外围作用域中：

enum { a, b, c = 0, d = a + 2 }; // 定义 a = 0, b = 1, c = 0, d = 2

当无作用域枚举是类成员时，其枚举项可用类成员访问运算符 . 和 -> 访问：

struct X
{
    enum direction { left = 'l', right = 'r' };
};
X x;
X* p = &x;

int a = X::direction::left; // 仅于 C++11 及之后允许
int b = X::left;
int c = x.left;
int d = p->left;

有作用域枚举 C++11起

enum struct|class 名字 { 枚举项 = 常量表达式 , 枚举项 = 常量表达式 , ... }
enum struct|class 名字 : 类型 { 枚举项 = 常量表达式 , 枚举项 = 常量表达式 , ... }
enum struct|class 名字 ;
enum struct|class 名字 : 类型 ;

1) 声明底层类型为 int 的有作用域枚举类型（关键词 class 与 struct 完全等价）
2) 声明底层类型为类型的有作用域枚举类型
3) 底层类型为 int 的有作用域枚举类型的不可见枚举声明
4) 底层类型为类型的有作用域枚举类型的不可见枚举声明
每个枚举项都成为该枚举的类型即名字的具名常量，它为该枚举的作用域所包含，且可用作用域解析运算符访问。没有从有作用域枚举项到整数类型的隐式转换，尽管 static_cast 可用于获得枚举项的数值。

enum class Color { red, green = 20, blue };
Color r = Color::blue;
switch(r)
{
    case Color::red  : std::cout << "red\n";   break;
    case Color::green: std::cout << "green\n"; break;
    case Color::blue : std::cout << "blue\n";  break;
}
// int n = r; // 错误：不存在从有作用域枚举到 int 的转换
int n = static_cast<int>(r); // OK, n = 21

底层类型固定的有作用域枚举类型和无作用域枚举类型，若下列全部条件为真，则都能用列表初始化从一个整数初始化而无需转型： (C++17 起)
• 初始化是直接列表初始化
• 初始化器列表仅有单个元素
• 枚举是底层类型固定的有作用域枚举或无作用域枚举
• 转换为非窄化转换
这使得我们能引入新的整数类型（例如 SafeInt）并享受与其底层整数类型相同的既存调用约定，即使在不利于以值传递/返回结构体的 ABI 上也是如此。

enum byte : unsigned char {}; // byte 是新的整数类型
byte b { 42 }; // C++17 起 OK（直接列表初始化）
byte c = { 42 }; // 错误
byte d = byte{ 42 }; // C++17 起 OK；与 b 的值相同
byte e { -1 }; // 错误

struct A { byte b; };
A a1 = { { 42 } }; // 错误
A a2 = { byte{ 42 } }; // C++17 起 OK
void f(byte);
f({ 42 }); // 错误

enum class Handle : std::uint32_t { Invalid = 0 };
Handle h { 42 }; // C++17 起 OK

示例

#include <iostream>

// 采用 16 位的 enum
enum smallenum: int16_t
{
    a,
    b,
    c
};
// color 可为 red（值 0）、yellow（值 1）、green（值 20）或 blue（值 21）
enum color
{
    red,
    yellow,
    green = 20,
    blue
};

// altitude 可为 altitude::high 或 altitude::low

enum class altitude: char
{
     high='h',
     low='l', // C++11 允许尾随逗号
};

// 常量 d 为 0，常量 e 为 1，常量 f 为 3
enum
{
    d,
    e,
    f = e + 2
};

// 枚举类型（有作用域和无作用域）能拥有重载的运算符
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, color c)
{
    switch(c)
    {
        case red   : os << "red";    break;
        case yellow: os << "yellow"; break;
        case green : os << "green";  break;
        case blue  : os << "blue";   break;
        default    : os.setstate(std::ios_base::failbit);
    }
    return os;
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, altitude al)
{
    return os << static_cast<char>(al);
}

int main()
{
    color col = red;
    altitude a;
    a = altitude::low;

    std::cout << "col = " << col << '\n'
              << "a = "   << a   << '\n'
              << "f = "   << f   << '\n';
}

输出：
col = red
a = l
f = 3

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