C++枚舉

1. 介紹

第一次學習枚舉類型時，以爲這個名字很詭異。可是後來發現，「枚舉」真的特別傳神，枚舉就是可數的意思。

當你發現某個類型的值是數得過來的，那就派枚舉出場吧。

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2. C++11前的枚舉

C++11是個大版本，必定程度上從新定義了C++，其中就包括新增的emum class。追本溯源，咱們先看老枚舉。

enum Color { WHITE=1, BLACK=2 };

名字衝突

若是咱們的代碼定義了兩個不一樣的枚舉類型，而它們的枚舉值取了相同的名字，那麼編譯器將報錯。

enum Color { WHITE=1, BLACK=2 };

enum Species { BLACK=1, WHITE=2, YELLOW=3 };

這種錯誤在如下狀況很容易發生

• 多人協做，員工A還來不及知道員工B是怎麼定義Color的
• 與庫衝突，若是Color是在庫中定義的，程序員更有可能如此定義

因而公司爲了減小此類錯誤，可能制定以下編程規範：

全部的枚舉，值的名字都要以該枚舉名爲前綴

因而Species定義以下，是否是略感繁瑣呢？

enum Species {
     SPECIES_BLACK = 1,
     SPECIES_WHITE = 2,
     SPECIES_YELLOW = 3
};

類型不安全

名字衝突會在編譯期暴露，可是類型問題卻會躲過編譯器的審查，致使難以追蹤的邏輯Bug，更爲可怕。老式枚舉很大程度上只是個整數類型。

枚舉能夠直接和數字比較

enum Color { COLOR_WHITE=1, COLOR_BLACK=2 };

if (COLOR_WHITE == 1) {
    // do something
}

不一樣的枚舉也能夠比較

enum Color { COLOR_WHITE=1, COLOR_BLACK=2 };

enum Species {
    SPECIES_BLACK=1,
    SPECIES_WHITE=2,
    SPECIES_YELLOW=3
};

if (COLOR_WHITE == SPECIES_BLACK) {
    // do something
}

不要覺得程序員不會犯這樣的錯誤，當被產品經理的需求踢着屁股跑時，他們可什麼事情都幹得出來。

不能前向聲明

前向聲明是隱藏實現和減小代碼依賴的有利工具。可是下面的代碼會編譯報錯。

// forward declaration
enum Color;

class A {
public:
    void foo(Color c);
private:
    // some members ..
};

C++的編譯過程實際上是內存佈局的過程。當咱們前向聲明class時，會使用指針或引用，內存大小固定是8個字節（64位機器）。但這裏使用的是Color自己，而枚舉的大小實際上是由實現決定的。

enum Color { COLOR_WHITE = 1, COLOR_BLACK = 2 };
// sizeof(Color) == 4

enum Color { COLOR_WHITE = 100000000000, COLOR_BLACK = 2 };
// sizeof(Color) == 8

看到沒有，通常狀況下枚舉的大小是4字節，當枚舉值太大時，就會變成8字節。因此編譯器並不能僅靠前向聲明下判斷。

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3. C++11的枚舉

C++11提出了enum class，也稱爲strong typed enum，它解決了老式枚舉的三個問題

名字衝突

enum class Color { WHITE=1, BLACK=2 };
enum class Species { BLACK=1. WHITE=2, YELLOW=3, BROWN=4 };

// 使用時，枚舉類型名爲上層命名空間
// Color::WHITE
// Color::BLACK
// Species::BLACK
// Species::YELLOW

類型安全

枚舉不能直接和數字比較

// 編譯報錯
if (Color::WHITE == 1) {
    // do something
}

不一樣的枚舉不能比較

// 編譯報錯
if (Color::WHITE == Species::WHITE) {
    // do something
}

前向聲明

enum class 能夠指定底層的實現，因此編譯器就知道枚舉的大小了。

// 成功編譯，哈哈
// 還能夠指定 int, unsigned int, short等，整數類型均可以
enum class Color : char;

class A {
public:
    void foo(Color c);
};

enum class Color : char { WHITE=1, BLACK=2 };
// sizeof(Color) == 1

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4. C++11 提醒

雖然enum class作了不少改進，可是並不完美，仍是有不少值得注意的地方。

enum class不是類

新枚舉不是class，而是一個單獨的類型，更像是整數類型的封裝。它沒有像類同樣的構造和析構機制。若是定義一個未指定值的枚舉，那麼默認值是0，即便定義中沒有0

enum class Color { WHITE=1, BLACK=2 };
Color c;

static_cast<int>(c); // it's 0

enum class不能定義方法

這是我怨念的地方。有時候我想把枚舉以字符串的形式打印出來，可讀性更好。若是能像下面同樣寫代碼多好，惋惜enum class不支持定義任何方法。

Color c = Color::WHITE
// 不可能如此調用
c.toString()  // "white"

因而只能用單獨的函數實現了，代碼的組織不夠緊湊，也沒夠美觀。

const char* ColorToString(Color c)
{
    switch (c) {
      case Color::WHITE:
        return "white";
      case Color::BLACK:
        return "black";
      default:
        abort();    // 多是未初始化的枚舉，這屬於邏輯錯誤
    }
}

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5. 參考資料

1. Bjarne Stroustrup's C++11 FAQ
2. Better types in C++11 - nullptr, enum classes (strongly typed enumerations) and cstdint
3. StackOverflow: Why is enum class preferred over plain enum?