为什么枚举类比普通枚举更受欢迎？

Question

我听说一些人建议在 C++ 中使用枚举类，因为它们的类型安全。

但这究竟意味着什么？

Answer 1

C++有两种enum：

1. enum classes
2. 普通enums

这里有几个关于如何声明它们的示例：

 enum class Color { red, green, blue }; // enum class
 enum Animal { dog, cat, bird, human }; // plain enum 

两者有什么区别？

• enum classes - 枚举器名称是枚举的本地，它们的值不隐式转换为其他类型（如另一个enum 或int）

• Plain enums - 其中枚举器名称与枚举及其所在的范围相同 值隐式转换为整数和其他类型

例子：

enum Color { red, green, blue };                    // plain enum 
enum Card { red_card, green_card, yellow_card };    // another plain enum 
enum class Animal { dog, deer, cat, bird, human };  // enum class
enum class Mammal { kangaroo, deer, human };        // another enum class

void fun() {

    // examples of bad use of plain enums:
    Color color = Color::red;
    Card card = Card::green_card;

    int num = color;    // no problem

    if (color == Card::red_card) // no problem (bad)
        cout << "bad" << endl;

    if (card == Color::green)   // no problem (bad)
        cout << "bad" << endl;

    // examples of good use of enum classes (safe)
    Animal a = Animal::deer;
    Mammal m = Mammal::deer;

    int num2 = a;   // error
    if (m == a)         // error (good)
        cout << "bad" << endl;

    if (a == Mammal::deer) // error (good)
        cout << "bad" << endl;

}

结论：

enum classes 应该是首选，因为它们会减少可能导致错误的意外。

Answer 2

来自Bjarne Stroustrup's C++11 FAQ：

enum classes("new enums", "strong enums") 解决三个问题 使用传统的 C++ 枚举：

• 常规枚举隐式转换为 int，当有人不希望枚举充当整数时会导致错误。
• 传统枚举将其枚举数导出到周围范围，导致名称冲突。
• 无法指定enum的底层类型，造成混淆，兼容性问题，并进行前向声明 不可能。

新的枚举是“枚举类”，因为它们将传统枚举（名称值）的各个方面与类的方面（作用域成员和没有转换）结合在一起。

因此，正如其他用户所提到的，“强枚举”将使代码更安全。

“经典”enum 的基础类型应该是一个足够大的整数类型，以适应enum 的所有值；这通常是int。此外，每个枚举类型都应与char 或有符号/无符号整数类型兼容。

这是对enum 基础类型必须是什么的广泛描述，因此每个编译器都会自行决定经典enum 的基础类型，有时结果可能会令人惊讶。

例如，我见过很多次这样的代码：

enum E_MY_FAVOURITE_FRUITS
{
    E_APPLE      = 0x01,
    E_WATERMELON = 0x02,
    E_COCONUT    = 0x04,
    E_STRAWBERRY = 0x08,
    E_CHERRY     = 0x10,
    E_PINEAPPLE  = 0x20,
    E_BANANA     = 0x40,
    E_MANGO      = 0x80,
    E_MY_FAVOURITE_FRUITS_FORCE8 = 0xFF // 'Force' 8bits, how can you tell?
};

在上面的代码中，一些天真的编码人员认为编译器会将 E_MY_FAVOURITE_FRUITS 值存储为无符号 8 位类型...但对此没有任何保证：编译器可能会选择 unsigned char 或 int 或short，这些类型中的任何一个都足够大以适应enum 中看到的所有值。添加字段E_MY_FAVOURITE_FRUITS_FORCE8 是一种负担，不会强制编译器对enum 的底层类型做出任何选择。

如果有一些代码依赖于类型大小和/或假设 E_MY_FAVOURITE_FRUITS 具有一定宽度（例如：序列化例程），则此代码可能会以一些奇怪的方式运行，具体取决于编译器的想法。

更糟糕的是，如果某个同事不小心为我们的enum 添加了新值：

    E_DEVIL_FRUIT  = 0x100, // New fruit, with value greater than 8bits

编译器不会抱怨它！它只是调整类型的大小以适应enum 的所有值（假设编译器使用了可能的最小类型，这是我们做不到的假设）。对enum 的这种简单粗心的添加可能会微妙地破坏相关代码。

由于 C++11 可以为 enum 和 enum class 指定底层类型（感谢 rdb）所以这个问题得到了很好的解决：

enum class E_MY_FAVOURITE_FRUITS : unsigned char
{
    E_APPLE        = 0x01,
    E_WATERMELON   = 0x02,
    E_COCONUT      = 0x04,
    E_STRAWBERRY   = 0x08,
    E_CHERRY       = 0x10,
    E_PINEAPPLE    = 0x20,
    E_BANANA       = 0x40,
    E_MANGO        = 0x80,
    E_DEVIL_FRUIT  = 0x100, // Warning!: constant value truncated
};

如果字段的表达式超出此类型的范围，则指定基础类型，编译器将抱怨而不是更改基础类型。

我认为这是一个很好的安全改进。

那么为什么枚举类比普通枚举更受欢迎？，如果我们可以为作用域（enum class）和非作用域（enum）枚举选择底层类型，还有什么让enum class更好的选择？：

• 它们不会隐式转换为 int。
• 它们不会污染周围的命名空间。
• 它们可以被前向声明。

Answer 3

与普通枚举相比，使用枚举类的基本优势在于，您可以为 2 个不同的枚举拥有相同的枚举变量，并且仍然可以解析它们（OP 已将其称为 type safe）

例如：

enum class Color1 { red, green, blue };    //this will compile
enum class Color2 { red, green, blue };

enum Color1 { red, green, blue };    //this will not compile 
enum Color2 { red, green, blue };

对于基本枚举，编译器将无法区分red 是指Color1 还是Color2 类型，如下面的声明。

enum Color1 { red, green, blue };   
enum Color2 { red, green, blue };
int x = red;    //Compile time error(which red are you refering to??)

Answer 4

枚举用于表示一组整数值。

enum 后面的 class 关键字指定枚举是强类型的，并且它的枚举器是作用域的。这样enum 类可以防止意外误用常量。

例如：

enum class Animal{Dog, Cat, Tiger};
enum class Pets{Dog, Parrot};

这里我们不能混合 Animal 和 Pets 值。

Animal a = Dog;       // Error: which DOG?    
Animal a = Pets::Dog  // Pets::Dog is not an Animal

Answer 5

值得注意的是，除了这些其他答案之外，C++20 还解决了 enum class 的问题之一：冗长。想象一个假设的enum class、Color。

void foo(Color c)
  switch (c) {
    case Color::Red: ...;
    case Color::Green: ...;
    case Color::Blue: ...;
    // etc
  }
}

与普通的enum 变体相比，这是冗长的，其中名称在全局范围内，因此不需要以Color:: 为前缀。

但是，在 C++20 中，我们可以使用 using enum 将枚举中的所有名称引入当前作用域，从而解决问题。

void foo(Color c)
  using enum Color;
  switch (c) {
    case Red: ...;
    case Green: ...;
    case Blue: ...;
    // etc
  }
}

所以现在，没有理由不使用enum class。

Answer 6

1. 不要隐式转换为 int
2. 可以选择底层的类型
3. 枚举命名空间以避免发生污染
4. 与普通类相比，可以前向声明，但没有方法

Answer 7

C++11 FAQ 提到以下几点：

常规枚举隐式转换为 int，当有人不希望枚举充当整数时会导致错误。

enum color
{
    Red,
    Green,
    Yellow
};

enum class NewColor
{
    Red_1,
    Green_1,
    Yellow_1
};

int main()
{
    //! Implicit conversion is possible
    int i = Red;

    //! Need enum class name followed by access specifier. Ex: NewColor::Red_1
    int j = Red_1; // error C2065: 'Red_1': undeclared identifier

    //! Implicit converison is not possible. Solution Ex: int k = (int)NewColor::Red_1;
    int k = NewColor::Red_1; // error C2440: 'initializing': cannot convert from 'NewColor' to 'int'

    return 0;
}

常规枚举将其枚举数导出到周围范围，导致名称冲突。

// Header.h

enum vehicle
{
    Car,
    Bus,
    Bike,
    Autorickshow
};

enum FourWheeler
{
    Car,        // error C2365: 'Car': redefinition; previous definition was 'enumerator'
    SmallBus
};

enum class Editor
{
    vim,
    eclipes,
    VisualStudio
};

enum class CppEditor
{
    eclipes,       // No error of redefinitions
    VisualStudio,  // No error of redefinitions
    QtCreator
};

无法指定枚举的底层类型，导致混淆、兼容性问题，并且无法进行前向声明。

// Header1.h
#include <iostream>

using namespace std;

enum class Port : unsigned char; // Forward declare

class MyClass
{
public:
    void PrintPort(enum class Port p);
};

void MyClass::PrintPort(enum class Port p)
{
    cout << (int)p << endl;
}

.

// Header.h
enum class Port : unsigned char // Declare enum type explicitly
{
    PORT_1 = 0x01,
    PORT_2 = 0x02,
    PORT_3 = 0x04
};

.

// Source.cpp
#include "Header1.h"
#include "Header.h"

using namespace std;
int main()
{
    MyClass m;
    m.PrintPort(Port::PORT_1);

    return 0;
}

Answer 8

因为，正如在其他答案中所说，类枚举不能隐式转换为 int/bool，它也有助于避免错误代码，例如：

enum MyEnum {
  Value1,
  Value2,
};
...
if (var == Value1 || Value2) // Should be "var == Value2" no error/warning

Answer 9

没有明确提到的一件事 - 范围功能为您提供了一个选项，可以为枚举和类方法使用相同的名称。例如：

class Test
{
public:
   // these call ProcessCommand() internally
   void TakeSnapshot();
   void RestoreSnapshot();
private:
   enum class Command // wouldn't be possible without 'class'
   {
        TakeSnapshot,
        RestoreSnapshot
   };
   void ProcessCommand(Command cmd); // signal the other thread or whatever
};