使用枚举类的 C++11 标准符合位掩码

Question

您能否使用枚举类实现符合标准（如 n3242 草案的 17.5.2.1.3 中所述）类型的安全位掩码？我读它的方式，如果类型 T 支持 |,&,^,~,|=,&= 和 ^= 运算符，则它是位掩码，并且您可以进一步执行 if(l&r) 其中 l 和 r 属于 T 类型. 列表中缺少运算符 != 和 == 并允许排序一个可能还想重载 <.>

让操作员工作只是烦人的样板代码，但我不知道该怎么做 if(l&r)。至少以下内容不能使用 GCC 编译（除了极其危险，因为它允许错误地隐式转换为 int）：

enum class Foo{
    operator bool(){
        return (unsigned)*this;
    }
};

编辑：我现在确定枚举类不能有成员。但是，如何做 if(l&r) 的实际问题仍然存在。

Answer 1

我觉得你可以... 您必须为位掩码添加运算符。我没有在这里做，但您可以轻松地重载任何关系运算符。

  /**
   *
   */
  // NOTE: I changed to a more descriptive and consistent name
  //       This needs to be a real bitmask type.
  enum class file_permissions : int
  {
    no_perms        = 0,

    owner_read      =  0400,
    owner_write     =  0200,
    owner_exe       =  0100,
    owner_all       =  0700,

    group_read      =   040,
    group_write     =   020,
    group_exe       =   010,
    group_all       =   070,

    others_read     =    04,
    others_write    =    02,
    others_exe      =    01,
    others_all      =    07,

    all_all     = owner_all | group_all | others_all, // 0777

    set_uid_on_exe  = 04000,
    set_gid_on_exe  = 02000,
    sticky_bit      = 01000,

    perms_mask      = all_all | set_uid_on_exe | set_gid_on_exe | sticky_bit, // 07777

    perms_not_known = 0xffff,

    add_perms       = 0x1000,
    remove_perms    = 0x2000,
    symlink_perms   = 0x4000
  };

  inline constexpr file_permissions
  operator&(file_permissions x, file_permissions y)
  {
    return static_cast<file_permissions>
      (static_cast<int>(x) & static_cast<int>(y));
  }

  inline constexpr file_permissions
  operator|(file_permissions x, file_permissions y)
  {
    return static_cast<file_permissions>
      (static_cast<int>(x) | static_cast<int>(y));
  }

  inline constexpr file_permissions
  operator^(file_permissions x, file_permissions y)
  {
    return static_cast<file_permissions>
      (static_cast<int>(x) ^ static_cast<int>(y));
  }

  inline constexpr file_permissions
  operator~(file_permissions x)
  {
    return static_cast<file_permissions>(~static_cast<int>(x));
  }

  inline file_permissions &
  operator&=(file_permissions & x, file_permissions y)
  {
    x = x & y;
    return x;
  }

  inline file_permissions &
  operator|=(file_permissions & x, file_permissions y)
  {
    x = x | y;
    return x;
  }

  inline file_permissions &
  operator^=(file_permissions & x, file_permissions y)
  {
    x = x ^ y;
    return x;
  }

Answer 2

我不完全确定您的接受标准是什么，但您可以让 operator & 返回一个带有适当转换的包装类和一个 explicit operator bool：

#include <type_traits>

template<typename T> using Underlying = typename std::underlying_type<T>::type;
template<typename T> constexpr Underlying<T>
underlying(T t) { return Underlying<T>(t); }

template<typename T> struct TruthValue {
    T t;
    constexpr TruthValue(T t): t(t) { }
    constexpr operator T() const { return t; }
    constexpr explicit operator bool() const { return underlying(t); }
};

enum class Color { RED = 0xff0000, GREEN = 0x00ff00, BLUE = 0x0000ff };
constexpr TruthValue<Color>
operator&(Color l, Color r) { return Color(underlying(l) & underlying(r)); }

当然，所有其他操作员都可以继续返回Color：

constexpr Color
operator|(Color l, Color r) { return Color(underlying(l) | underlying(r)); }
constexpr Color operator~(Color c) { return Color(~underlying(c)); }

int main() {
    constexpr Color YELLOW = Color::RED | Color::GREEN;
    constexpr Color WHITE = Color::RED | Color::GREEN | Color::BLUE;
    static_assert(YELLOW == (WHITE & ~Color::BLUE), "color subtraction");
    return (YELLOW & Color::BLUE) ? 1 : 0;
}

Answer 3

范围枚举（使用enum class 或enum struct 创建的枚举）不是类。它们不能有成员函数，它们只是提供封闭的枚举器（在命名空间级别不可见）。

Answer 4

列表中缺少运算符 != 和 ==

枚举类型、整数类型和std::bitset 已经支持这些运算符，因此无需重载它们。

并允许排序一个可能还想重载<.>

为什么要对位掩码进行排序？ (a|b) 是否大于 (a|c)？ std::ios::in 是否小于 std::ios::app？有关系吗？无论如何，关系运算符总是为枚举类型和整数类型定义的。

要回答主要问题，您可以将& 实现为重载的非成员 函数：

Foo operator&(Foo l, Foo r)
{
    typedef std::underlying_type<Foo>::type ut;
    return static_cast<Foo>(static_cast<ut>(l) & static_cast<ut>(r));
}

我相信位掩码类型所需的所有操作都可以为作用域枚举定义，但不是这样的要求

Ci & Cj 是非零且 Ci & Cj 是零

和：

在对象X中设置Y的值是表达式X & Y非零。

由于作用域枚举不支持隐式转换为整数类型，因此您无法可靠地测试它是否为非零。你需要写if ((X&Y) != bitmask{})，我不认为这是委员会的意图。

（我最初认为它们可用于定义位掩码类型，然后记得我曾尝试使用范围枚举来实现一个，但在测试零/非零时遇到了问题。）

编辑：我刚刚记得std::launch 是一个作用域枚举类型和一个位掩码类型......所以显然作用域枚举可以是位掩码类型！

Answer 5

下面是枚举标志的简短示例。

#indlude "enum_flags.h"

ENUM_FLAGS(foo_t)
enum class foo_t
    {
     none           = 0x00
    ,a              = 0x01
    ,b              = 0x02
    };

ENUM_FLAGS(foo2_t)
enum class foo2_t
    {
     none           = 0x00
    ,d              = 0x01
    ,e              = 0x02
    };  

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    if(flags(foo_t::a & foo_t::b)) {};
    // if(flags(foo2_t::d & foo_t::b)) {};  // Type safety test - won't compile if uncomment
    };

ENUM_FLAGS(T) 是一个宏，在enum_flags.h 中定义（少于 100 行，免费使用，没有限制）。