无论枚举值的数量如何，枚举大小都是恒定的答案

【问题标题】：Constant enum size no matter the number of enumerated values无论枚举值的数量如何，枚举大小都是恒定的
【发布时间】：2013-07-26 18:19:13
【问题描述】：

为什么enum 的大小总是 2 或 4 字节（分别在 16 位或 32 位架构上），而不管类型中的枚举数是多少？

编译器是否像对待union 一样对待enum？

【问题讨论】：

@GrijeshChauhan：在 C 中是正确的，而不是在 C++ 中——在 C 中，枚举常量的大小可能与类型的大小不同。
如果创建 2,147,483,648 个枚举会发生什么？我敢打赌编译器会胡思乱想......
@Jim 同样是我的疑问，不想创建超过 100 秒的符号常数。如果他这样做，他可能是个糟糕的程序员。
@Jim 开玩笑，如果你假设典型的大写字母 enum 标识符，并坚持统一长度，每个标识符必须是 7 个字符，加上一个逗号和空格，这意味着源文件本身大约为 20GB。我不希望很多编译器会特别乐意尝试通过它来咀嚼......
@LorenPechtel：enum too_big { big = INT_MAX, bigger };

标签： c++ c enums

【解决方案1】：

在 C 和 C++ 中，enum 类型的大小是实现定义的，并且与某些整数类型的大小相同。

一种常见的方法是使所有enum 类型的大小与int 相同，因为这通常是最有效的访问类型。例如，将其设为单个字节会节省非常少量的空间，但可能需要更大且更慢的代码才能访问它，具体取决于 CPU 架构。

在 C 中，枚举常量的定义类型为 int。所以给定：

enum foo { zero, one, two };
enum foo obj;

表达式zero 的类型为int，但obj 的类型为enum foo，它的大小可能与int 相同，也可能不同。鉴于常量的类型为int，使枚举类型具有相同大小往往更容易。

在 C++ 中，规则不同；常量是枚举类型。但同样，出于效率原因，将每个 enum 类型作为一个“单词”通常是最有意义的，通常是 int 的大小。

2011 ISO C++ 标准增加了为enum 类型指定底层整数类型的能力。例如，您现在可以编写：

enum foo: unsigned char { zero, one, two };

保证foo 类型和常量zero、one 和two 的大小均为1 个字节。 C 没有此功能，并且旧的 2011 之前的 C++ 编译器不支持它（除非它们将其作为语言扩展提供）。

（题外话。）

如果您的枚举常量太大而无法放入int，该怎么办？您不需要 2³¹ 甚至 2¹⁵ 不同的常量来执行此操作：

#include <limits.h>
enum huge { big = INT_MAX, bigger };

big 的值为INT_MAX，通常为 2³¹-1，但可以小至 2¹⁵-1 (32767)。 bigger 的值隐式为 big + 1。

在 C++ 中，这是可以的；编译器将简单地为huge 选择一个大到足以容纳值INT_MAX + 1 的基础类型。（假设有这样的类型；如果int 是 64 位，并且没有比这更大的整数类型，那是不可能的。）

在 C 中，由于枚举常量的类型为int，因此上述内容无效。它违反了N1570 6.7.2.2p2 中所述的约束：

定义枚举常量值的表达式应是一个整数常量表达式，其值可表示为 int。

因此编译器必须拒绝它，或者至少警告它。例如，gcc 说：

错误：枚举值溢出

【讨论】：

【解决方案2】：

枚举不是结构，它只是为一组整数命名的一种方式。这种类型的变量的大小就是底层整数类型的大小。这将是在枚举中保存最大值所需的类型。所以只要所有类型都适合同一个整数类型，大小就不会改变。

【讨论】：

我不认为 OP 认为枚举是结构。你可能期望一个有 256 个元素的 enum 占据 8 位，而一个有 257 个元素的 enum 占据例如 16 位。但是编译器通常使所有enums 的大小与int 相同，只是因为这样可以提高访问效率。
@KeithThompson 我读到 OP 正在将枚举视为结构。事实上，他的评论提到他认为编译器会将枚举视为联合。

【解决方案3】：

枚举的大小是实现定义的——编译器可以选择它想要的任何大小，只要它大到足以容纳所有值。一些编译器选择对所有枚举类型使用 4 字节枚举，而一些编译器会选择适合枚举值的最小类型（例如 1、2 或 4 字节）。 C 和 C++ 语言标准允许这两种行为。

来自 C99 §6.7.2.2/4：

每个枚举类型都应与char、有符号整数类型或无符号整数类型。类型的选择是实现定义的，¹¹⁰⁾ 但应该是能够表示枚举所有成员的值。

来自 C++03 §7.2/5：

枚举的底层类型是一个整数类型，可以表示所有枚举数的值在枚举中定义。使用哪种整数类型作为底层类型是实现定义的用于枚举，但基础类型不得大于int，除非枚举器的值不适合 int 或 unsigned int。如果 enumerator-list 为空，则基础类型为就好像枚举有一个值为 0 的枚举数。sizeof() 的值应用于枚举 type，一个枚举类型的对象，或者一个枚举器，是sizeof() 应用于底层类型。

【讨论】：

很好的答案，但有一件事我不明白为什么sizeof(enum) == sizeof(int) 为什么不sizeof(char) 一个不喜欢创建2^sizeof(int) 符号常量
@GrijeshChauhan：sizeof(enum)不一定等于sizeof(int)。可能是sizeof(enum) == sizeof(some integral type)，其中some integral type 取决于枚举的值。
@GrijeshChauhan：如果所有枚举值都在char 的范围内，那么有可能您将拥有sizeof(enum) == sizeof(char)。对此没有任何保证，但完全由编译器决定。
sizeof(enum) == sizeof(int) 仅适用于 C。对于 C++ ，其实现已定义。
@PHIfounder：C 也不一定如此。在 C 和 C++ 中，enum 类型的底层整数类型是实现定义的；它可以是char 或unsigned char，只要所有常量都可以在该类型中表示。 C 枚举 constants 的类型是 int，但类型本身不是。

【解决方案4】：

在我看来，OP 已经假设枚举是某种集合，它存储其中声明的值。这是不正确的。

C/C++ 中的枚举只是一个具有严格定义值范围的数值变量。枚举的名称是数字的一种别名。

存储大小不受枚举值数量的影响。存储大小由实现定义，但主要是sizeof(int)。

【讨论】：

【解决方案5】：

enum 的大小是“一个至少大到足以包含声明中指定的任何值的整数类型”。许多编译器只会使用int（可能是unsigned），但有些编译器会使用char 或short，这取决于优化或其他因素。具有少于 128 个可能值的 enum 将适合 char（unsigned char 为 256），并且您必须有 32768（或 65536）个值才能溢出 short，以及 2 或 40 亿在大多数现代系统上，价值超过int。

enum 本质上只是定义一堆不同常量的更好方法。而不是这个：

#define FIRST 0
#define SECOND 1
...

你只是：

enum myenum
{ FIRST,
  SECOND,
  ...
};

它有助于避免错误地分配重复值，并且您甚至无需关心特定值是什么（除非您真的需要）。

【讨论】：

我有一个疑问，通过定义FIRST 0，它是否分配了任何内存？
@jhakash：不，因为这不会创建对象；它只是一个编译时定义。（顺便说一句，使用“doubt”来表示“question”的意思是特定于南亚英语方言的时态；在美国和英国英语中，“doubt”往往意味着不相信。“I have a question”会更清楚。
@KeithThompson 哎呀。我也不知道怀疑的事情，也感谢您的澄清。

【解决方案6】：

当较小的类型可以适合所有值时，使enum 类型小于int 的大问题是它会使翻译单元的ABI 依赖于枚举常量的数量。例如，假设您有一个库使用具有 256 个常量的 enum 类型作为其公共接口的一部分，并且编译器选择将类型表示为单个字节。现在假设您向库中添加了一个新功能，现在需要 257 个常量。编译器必须切换到新的大小/表示，现在为旧接口编译的所有目标文件都将与您更新的库不兼容；您必须重新编译所有内容才能使其再次工作。

因此，任何理智的实现总是将int 用于enum 类型。

【讨论】：