枚举类运算符的实现

Question

在讨论Incrementation and decrementation of “enum class” 之后，我想问一下enum class 类型的算术运算符的可能实现。

原始问题的示例：

enum class Colors { Black, Blue, White, END_OF_LIST };

// Special behavior for ++Colors
Colors& operator++( Colors &c ) {
  c = static_cast<Colors>( static_cast<int>(c) + 1 );
  if ( c == Colors::END_OF_LIST )
    c = Colors::Black;
  return c;
}

有没有一种方法可以实现算术运算符，而无需转换为已定义运算符的类型？我想不出来，但选角让我很困扰。演员表通常表明有问题，并且必须有一个很好的理由来使用它们。我希望该语言允许在不强制使用特定类型的情况下实现运算符的实现。

2018 年 12 月更新： 其中一篇针对 C++17 的论文似乎通过允许枚举类变量和基础类型之间的转换至少部分解决了这个问题：http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0138r2.pdf

Answer 1

no-cast 解决方案是使用 switch。但是，您可以使用模板生成伪开关。原理是使用模板列表（或参数包）递归处理枚举的所有值。所以，这是我找到的 3 种方法。

测试枚举：

enum class Fruit
{
    apple,
    banana,
    orange,
    pineapple,
    lemon
};

原版开关(live here):

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    switch(f)
    {
        case Fruit::apple:     return f = Fruit::banana;
        case Fruit::banana:    return f = Fruit::orange;
        case Fruit::orange:    return f = Fruit::pineapple;
        case Fruit::pineapple: return f = Fruit::lemon;
        case Fruit::lemon:     return f = Fruit::apple;
    }
}

C++03-ish 方法(live here):

template<typename E, E v>
struct EnumValue
{
    static const E value = v;
};

template<typename h, typename t>
struct StaticList
{
    typedef h head;
    typedef t tail;
};

template<typename list, typename first>
struct CyclicHead
{
    typedef typename list::head item;
};

template<typename first>
struct CyclicHead<void,first>
{
    typedef first item;
};

template<typename E, typename list, typename first = typename list::head>
struct Advance
{
    typedef typename list::head lh;
    typedef typename list::tail lt;
    typedef typename CyclicHead<lt, first>::item next;

    static void advance(E& value)
    {
        if(value == lh::value)
            value = next::value;
        else
            Advance<E, typename list::tail, first>::advance(value);
    }
};

template<typename E, typename f>
struct Advance<E,void,f>
{
    static void advance(E& value)
    {
    }
};

/// Scalable way, C++03-ish
typedef StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::apple>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::banana>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::orange>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::pineapple>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::lemon>,
        void
> > > > > Fruit_values;

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    Advance<Fruit, Fruit_values>::advance(f);
    return f;
}

C++11-ish 方法(live here):

template<typename E, E first, E head>
void advanceEnum(E& v)
{
    if(v == head)
        v = first;
}

template<typename E, E first, E head, E next, E... tail>
void advanceEnum(E& v)
{
    if(v == head)
        v = next;
    else
        advanceEnum<E,first,next,tail...>(v);
}

template<typename E, E first, E... values>
struct EnumValues
{
    static void advance(E& v)
    {
        advanceEnum<E, first, first, values...>(v);
    }
};

/// Scalable way, C++11-ish
typedef EnumValues<Fruit,
        Fruit::apple,
        Fruit::banana,
        Fruit::orange,
        Fruit::pineapple,
        Fruit::lemon
> Fruit_values11;

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    Fruit_values11::advance(f);
    return f;
}

(C++11-ish old version)

您可以通过添加一些预处理器来扩展，以消除重复值列表的需要。

Answer 2

enum class Colors { Black, Blue, White };

Colors operator++(Colors& color)
{
    color = (color == Colors::White) ? Colors::Black : Colors(int(color) + 1);
    return color;
}

Check in C++ Shell

Answer 3

在 C++ 中枚举的每个运算符都可以在不强制转换为基础类型的情况下编写，但结果会非常冗长。

举个例子：

size_t index( Colors c ) {
  switch(c) {
    case Colors::Black: return 0;
    case Colors::Blue: return 1;
    case Colors::White: return 2;
  }
}
Color indexd_color( size_t n ) {
  switch(n%3) {
    case 0: return Colors::Black;
    case 1: return Colors::Blue;
    case 2: return Colors::White;
  }
}
Colors increment( Colors c, size_t n = 1 ) {
  return indexed_color( index(c) + n );
}
Colors decrement( Colors c, size_t n = 1 ) {
  return indexed_color( index(c)+3 - (n%3) );
}
Colors& operator++( Colors& c ) {
  c = increment(c)
  return c;
}
Colors operator++( Colors& c, bool ) {
  Colors retval = c;
  c = increment(c)
  return retval;
}

智能编译器将能够将这些转换为直接在基本整数类型上的操作。

但是在enum class的接口中转换为基本整数类型并不是一件坏事。运算符是enum class 界面的一部分。

如果您不喜欢 size_t 的循环并认为它是假演员，您可以写：

Colors increment( Colors c ) {
  switch(c) {
    case Colors::Black: return Colors::Blue;
    case Colors::Blue: return Colors::White;
    case Colors::White: return Colors::Black;
  }
}

对于递减也是类似的，并将increment-by-n实现为重复increment的循环。