如何将枚举常量的值设置在 int 范围之外？

Question

C99 标准要求用于定义枚举常量值的表达式具有可表示为 int 的值。

在第 6.7.2.2 节 C99 标准的第 2 段中：

定义枚举常量值的表达式应为整数 具有可表示为 int 的值的常量表达式。

但是，枚举类型可以由实现定义为与任何整数类型兼容，包括那些值范围在int 之外的类型。

在第 6.7.2.2 节 C99 标准的第 2 段中：

每个枚举类型都应兼容 char、有符号整数类型或 无符号整数类型。

这意味着虽然您不能将枚举常量的值显式设置在int 的范围之外，但如果实现将枚举类型定义为与范围在int 之外的整数类型兼容。

---

现在我知道了一种方法来获取超出为枚举常量设置的int 范围的特定值：dummy enumerators。

enum hack{
    DUMMY0 = INT_MAX,
    DUMMY1,
    /* supply as many more dummy enumerators as needed */
    ...
    /* declare desired enumerator */
    FOOBAR
};

这要归功于 C99 标准的第 6.7.2.2 节第 3 段：

带有= 的枚举器定义了它的 枚举常量作为常量表达式的值。
...
没有= 的每个后续枚举数 将其枚举常量定义为由下式获得的常量表达式的值 将前一个枚举常量的值加 1。

不幸的是，这仅适用于大于INT_MAX 的正 值，因为每个后续枚举器的值只会递增。另一个需要注意的是，可能需要创建许多 虚拟枚举器，以获取所需的特定枚举器。

---

这会导致以下问题：

1. 有没有办法将枚举常量的值设置为int 范围之外的负值？
2. 有没有更好的方法将int 范围之外的正值设置为枚举常量？
3. 关于我的 虚拟枚举器 hack，C99 标准是否对可以在单个 enum 中声明的枚举器数量设置了限制？

Answer 1

如何设置超出int范围的枚举常量的值？

你没有。

C99 标准要求用于定义值的表达式 枚举常量的值可以表示为int。

是的，C11 标准并没有改变这一切。

但是，枚举类型可以由实现定义为 与任何整数类型兼容，包括范围为 int 之外的值。

也正确。

这意味着虽然您不能显式设置 int 范围之外的枚举常量， 枚举常量可以超出int 的范围，如果 实现将枚举类型定义为与 范围在int 之外的整数类型。

这是不正确的，但我认为您发现标准中的措辞存在弱点。 （更新：我不认为这真的是一个弱点；见下文）。你引用了 6.7.2.2：

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。

这似乎只适用于由 explicit 表达式定义的值，而不是这样的情况：

enum too_big {
    big = INT_MAX,
    even_bigger
};

但这实际上不起作用，因为even_bigger 被声明为int 类型的常量，它显然不能具有INT_MAX + 1 的值。

我强烈怀疑 intent 是上述声明是非法的（违反约束）；可能应该重新措辞 6.7.2.2 以使其更清楚。 （更新：我现在认为已经很清楚了；见下文。）

gcc 的作者似乎同意我的观点：

$ cat c.c
#include <limits.h>
enum huge {
    big = INT_MAX,
    even_bigger
};
$ gcc -c c.c
c.c:4:5: error: overflow in enumeration values

因此，即使您的解释是正确的，您也不太可能编写和使用依赖于它的代码。

一种解决方法是使用整数（无论如何，枚举类型或多或少都是经过伪装的整数）。不幸的是，const 整数对象不是常量表达式，因此您可能不得不求助于使用预处理器：

typedef long long huge_t;
#define big ((huge_t)INT_MAX)
#define even_bigger (big + 1)

这假设long long 比int 宽，这很可能但不能保证（如果int 至少为64 位，int 和long long 的大小可能相同）。

您的问题 1 和 2 的答案是否定的；您不能在int 的范围之外定义枚举常量，负数或正数。

至于您的问题 3，C11 标准的第 5.2.4.1 节（大致）说编译器必须在单个枚举中支持至少 1023 个枚举常量。大多数编译器实际上并没有施加固定的限制，但在任何情况下，所有常量的值都必须在INT_MIN ..INT_MAX 范围内，所以这对你没有多大好处。 （同一类型的多个枚举常量可以取相同的值。）

（翻译限制要求实际上比这更复杂。编译器必须支持至少一个程序，该程序包含所有枚举限制列表的至少一个实例。这是一个相当无用的要求如前所述。目的是满足标准给出的要求的最简单方法是避免施加任何固定限制。）

更新：

我在 comp.std.c Usenet 新闻组上提出了这个问题。 Tim Rentsch 在那次讨论中提出了一个很好的观点，我现在认为：

enum too_big {
    big = INT_MAX,
    even_bigger
};

是违反约束的，需要编译器诊断。

我担心的是禁止在int 范围之外的显式值的措辞：

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。

不适用，因为不涉及（显式）表达式。但是 6.7.7.2p3 说：

没有 = 的每个后续枚举器都定义了它的枚举 常数为常数表达式加1得到的值 为上一个枚举常量的值。

（强调添加）。所以有一个表达式，它的值必须可以表示为int；它只是没有出现在源代码中。我对此不是 100% 满意，但我会说意图足够明确。

这是 comp.std.c 上的 discussion。

Answer 2

也许我还不能说 Keith Thompson 没有告诉你的任何事情。
反正我会努力的。

1. int 范围内的值

在 ISO C99 的文档中，我可以在 6.7.2.2 部分的第 2 和第 3 段中看到以下语句：

(2) 定义枚举常量值的表达式应为整数 具有可表示为 int 的值的常量表达式。

如果你写enum T { X = (expr) } VAR，那么expr是一个int范围内的整数，它至少包括-32767 .. +32767，您可以在 5.2.4.2.1 中阅读。
当然，(2) 段对标识符X 的类型没有任何限制。

2。枚举器标识符的类型为 int

在第 3 段中，我们可以看到这一行：

(3a) 枚举器列表中的标识符被声明为具有 int 类型的常量，并且可以出现在任何允许的地方。

这是对标识符类型的限制。现在 X 的类型为 int。

3.价值观讨论

此外，标准说：

(3b) 带有 = 的枚举数将其枚举常量定义为常量表达式的值。

但这句话，现在，受到(2)和(3a)的限制。
所以，我对标准C99的解读如下： 如果你写

 enum T { X = INT_MAX, BIGG}  

那么BIGG 的类型为int（根据(3a)）。
正如 Keith Tompson 所指出的，BIGG 的值（=“枚举器常数？”）并非来自 表达式，而是代表了一个输出——范围值（对于 int）。它的值（在数学意义上）是X+1，因为应用了下一条规则：

(3c) 没有 = 的每个后续枚举数 将其枚举常量定义为通过以下方式获得的常量表达式的值 将前一个枚举常量的值加 1。

标准（关于整数运算）中没有任何规则定义编译器在这种情况下的行为。因此，它将属于 implementation defined 类...
但是，在编译器接受这个超出范围的值的情况下，我相信（数学） X+1 将被转换为 int 中的值范围。

但是，(3b) 中的预期行为似乎是 C 表达式 (X+1) == BIGG 总是正确。 如果我是对的，那么我同意 Keith，编译器必须以 Out of range 错误拒绝声明。

4.枚举类型的整数类型

我们可以阅读更多内容：

(4a) 每个枚举类型应与 char、有符号整数类型或 无符号整数类型。

声明enum T 定义了一个新的整数类型。
此类型与 表达式 expr 的类型无关， 既不是 枚举器 X 的类型。
它只是另一种类型：与我们正在定义的 enum 类型 T 关联的整数类型。
（这种类型将是分配给变量VAR_T 的类型）。

实现可以决定哪种整数类型更合适。
如果表达式（如expr）的值非常小，几乎总是会发生， 那么编译器可能会决定 T 是 char 类型，例如。
如果出于某种原因需要 long long， 那么T 的类型将是long long，以此类推。

但是，这不会改变表达式expr 和枚举器X 必须遵循的int 限制。他们是int。
与expr 和T 的类型相关的唯一规则是：

(4b) 类型的选择由实现定义，但应能够表示枚举所有成员的值。

因此，如果您有enum T { X = 0, Y = 5, Z = 9 }，那么T 的类型可以是char。
（这种情况类似于将始终具有 int 类型的字符常量，如 'c' 传递给 char 变量的情况：char c = 'c';：虽然'c' 是一个 int，它的值在 char 的范围内。

另一方面，如果您有enum T { X = 20202, Y = -3 }，则编译器无法为T 选择char。似乎 int 是 T 的完美类型（对于任何 enum 类型），但编译器可以为 T 选择任何其他整数类型，其范围包含值 20202 和 -3。

如果 none 值为负，则编译器可以选择 unsigned 整数类型。

5.总结

总而言之，我们可以说：

1. enum 声明涉及 4 种类型：对于表达式 (expr)，值（或枚举常量，来自表达式或只是隐式） 、枚举数 (X) 和 enum 类型 (T)。
2. 表达式的类型（如expr）始终为int。值的类型似乎几乎不打算在 int 的范围内（INT_MAX+1 似乎是不允许的）。枚举数的类型是int（如X）。 enum 类型（如T）由实现选择，在允许的所有可能的整数类型中，只适合声明中的值。

3. 在表达式中，我们有：

   #define NN 5
enum T { X = 0. Y = 3, Z = (NN*3) } evar;

表达式(NN * 3) + 1 是一个int。
表达式 (Z + 1) 是一个 int。
如果编译器将T 定义为char，
那么表达式((evar = Z), ++evar) 是一个char。

Answer 3

回应 Keith Thompson 最近的更新：

我认为你是对的：标准上写着...the value of the constant expression obtained by adding 1 to the value...。
因此，非显式表达式“值”也被认为来自常量表达式。

但是，为了确保只允许 int “值”，必须同时考虑第 2 段声明的限制：The expression that defines the value of an enumeration constant ... has a value representable as an int。
因此，（非显式表达式）值也必须适合 int。

我现在确信，预期的约束是每个枚举器值都适合一个 int。

谢谢你，基思。