C++11 和 [17.5.2.1.3] 位掩码类型答案

【问题标题】：C++11 and [17.5.2.1.3] Bitmask TypesC++11 和 [17.5.2.1.3] 位掩码类型
【发布时间】：2012-03-25 01:37:05
【问题描述】：

标准允许人们在整数类型、enum 和std::bitset 之间进行选择。

考虑到这些选择，为什么库实现者会使用其中一个？

例如，llvm 的 libcxx 似乎使用了（至少）以下两个实现选项的组合：

ctype_base::mask 使用整数类型实现： <__locale>

regex_constants::syntax_option_type 使用 enum + 重载运算符实现： <regex>

gcc项目的libstdc++全部使用了三个：

ios_base::fmtflags 使用枚举 + 重载运算符实现：<bits/ios_base.h>

regex_constants::syntax_option_type 使用整数类型实现， regex_constants::match_flag_type 是使用 std::bitset 实现的
两者：<bits/regex_constants.h>

AFAIK，gdb 无法“检测”这三个选项中任何一个的位域，因此增强调试不会有任何区别。

enum 解决方案和整数类型解决方案应始终使用相同的空格。 std::bitset 似乎并不能保证 sizeof(std::bitset<32>) == std::uint32_t 所以我看不出 std::bitset 有什么特别吸引人的地方。

enum 解决方案的类型安全性似乎稍差一些，因为掩码的组合不会生成枚举器。

严格来说，上述内容是针对 n3376 而不是 FDIS（因为我无权访问 FDIS）。

我们将不胜感激。

【问题讨论】：

n3376: open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3376.pdf
N3376 只是 C++11 标准的修订版，它修复了一些小的编辑问题。内容没有区别。
我很清楚，只是想清楚一点。感谢您对这些链接的帮助:)
我想你已经知道了，但我认为它值得重复：通常情况下，枚举类型可以保存比它们的枚举数集更多的值，所以二进制操作可以很好他们。事实上，确保它工作更容易，因为我们可以知道指定一个显式的底层类型。
无论标准如何保证这些替代方案中的任何一个，实现者都可以向bitset 添加更多整数类型、枚举类型功能或附加约束。但这些类型与效率无关，因此不太可能做出任何努力。

标签： c++ enums c++11 bitmask libc++

【解决方案1】：

真正令人惊讶的是，该标准将其限制为仅三种选择。为什么不应该接受类类型？总之……

整数类型是最简单的替代方法，但它们缺乏类型安全性。非常旧的遗留代码往往会使用这些，因为它们也是最古老的。
枚举类型安全但繁琐，在 C++11 之前，它们倾向于固定为 int 的大小和范围。
std::bitset 可能具有更多的类型安全性，因为 bitset<5> 和 bitset<6> 是不同的类型，不允许添加，但在其他方面不安全，就像整数类型一样。如果他们允许来自std::bitset<N> 的类型派生，这将不是问题。

显然enums 是理想的选择，但经验证明类型安全确实没有必要。因此，他们向实施者扔了一块骨头，让他们采取更简单的路线。那么，简短的回答是懒惰导致实施者选择int 或bitset。

不允许从 bitset 派生的类型有点奇怪，但实际上这是一件小事。

该子句提供的主要规范是在这些类型上定义的一组操作（即按位运算符）。

【讨论】：

标准中没有任何地方说这些类型仅限于仅这三种选择。这些只是OP正在谈论的三个。至于类型安全是不必要的，这肯定是一个事实没有证据......
@NicolBolas 引用的段落说“每个位掩码类型都可以实现为重载某些运算符的枚举类型、整数类型或位集 (20.5)。”这听起来像是只有三种选择的独家清单。
@NicolBolas 如果不同类型标志之间的类型安全很重要，那么库就不会为它们使用整数类型。但是OP举了这样一个例子。所以，是的，证据表明对此并不重视。你需要冷静一下。
什么应该限制为这三种类型？我们甚至知道我们在说什么吗？

【解决方案2】：

我的偏好是使用枚举，但有时使用整数是有正当理由的。通常ctype_base::mask 与本机操作系统标头交互，从ctype_base::mask 映射到<ctype.h> 实现定义的常量，例如_CTYPE_L 和_CTYPE_U 用于isupper 和islower 等。使用整数可能会使 ctype_base::mask 直接与本机 OS API 一起使用更容易。

我不知道为什么 libstdc++ 的 <regex> 使用 std::bitset。提交该代码时，我在心里记下了用枚举替换整数类型，但<regex> 不是我工作的优先事项。

【讨论】：

【解决方案3】：

为什么标准允许以不同的方式实现库？答案是：为什么不呢？

如您所见，这三个选项显然都在某些实现中使用。如果可以避免的话，该标准不希望使现有的实现不符合标准。

使用位集的一个原因可能是它的大小比枚举或整数更适合。并非所有系统甚至都有std::uint32_t。也许bitset<24> 在那里会更好用？

【讨论】：

另一个问题是为什么要混搭，这对我来说没有多大意义。这也没有解释 enum 与新实现使用 libcxx 的整数类型。虽然std::uint32_t 确实不存在于一个平台上，但uint_least32_t 保证存在于所有平台上。我无法想象这也是一个合理的原因，因为他们都没有在基于enum 的位掩码上使用: uint_least8_t。
在 gcc 的情况下，库的不同部分是由不同的人在不同的时间编写的。这可能会导致不同的选择。我敢打赌ios_base 的设计至少比regex 早了10 年。即使uint_least32_t 存在于所有平台上，我们也不知道它的大小。有时它可能会映射到 unsigned long long，这可能有点过头了。
我同意 bitset 点，因为它是一个实现选项。如果 std::bitset 是使用 char 类型的数组实现的，但它在 libstdc++-v3 中使用 long 类型的数组，这可能是合理的