C++枚举

1. 介绍

第一次学习枚举类型时，觉得这个名字很诡异。但是后来发现，“枚举”真的特别传神，枚举就是可数的意思。

当你发现某个类型的值是数得过来的，那就派枚举出场吧。

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2. C++11前的枚举

C++11是个大版本，一定程度上重新定义了C++，其中就包括新增的emum class。追本溯源，我们先看老枚举。

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

名字冲突

如果我们的代码定义了两个不同的枚举类型，而它们的枚举值取了相同的名字，那么编译器将报错。

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

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

这种错误在以下情况很容易发生

• 多人协作，员工A还来不及知道员工B是怎么定义Color的
• 与库冲突，如果Color是在库中定义的，程序员更有可能如此定义

于是公司为了减少此类错误，可能制定如下编程规范：

所有的枚举，值的名字都要以该枚举名为前缀

于是Species定义如下，是不是略感繁琐呢？

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

类型不安全

名字冲突会在编译期暴露，但是类型问题却会躲过编译器的审查，导致难以追踪的逻辑Bug，更为可怕。老式枚举很大程度上只是个整数类型。

枚举可以直接和数字比较

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

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

不同的枚举也可以比较

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
}

不要以为程序员不会犯这样的错误，当被产品经理的需求踢着屁股跑时，他们可什么事情都干得出来。

不能前向声明

前向声明是隐藏实现和减少代码依赖的有利工具。但是下面的代码会编译报错。

// forward declaration
enum Color;

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

C++的编译过程其实是内存布局的过程。当我们前向声明class时，会使用指针或引用，内存大小固定是8个字节（64位机器）。但这里使用的是Color本身，而枚举的大小其实是由实现决定的。

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

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

看到没有，一般情况下枚举的大小是4字节，当枚举值太大时，就会变成8字节。所以编译器并不能仅靠前向声明下判断。

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3. C++11的枚举

C++11提出了enum class，也称为strong typed enum，它解决了老式枚举的三个问题

名字冲突

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

// 使用时，枚举类型名为上层命名空间
// Color::WHITE
// Color::BLACK
// Species::BLACK
// Species::YELLOW

类型安全

枚举不能直接和数字比较

// 编译报错
if (Color::WHITE == 1) {
    // do something
}

不同的枚举不能比较

// 编译报错
if (Color::WHITE == Species::WHITE) {
    // do something
}

前向声明

enum class 可以指定底层的实现，所以编译器就知道枚举的大小了。

// 成功编译，哈哈
// 还可以指定 int, unsigned int, short等，整数类型都可以
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

虽然enum class做了很多改进，但是并不完美，还是有很多值得注意的地方。

enum class不是类

新枚举不是class，而是一个单独的类型，更像是整数类型的封装。它没有像类一样的构造和析构机制。如果定义一个未指定值的枚举，那么默认值是0，即使定义中没有0

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

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

enum class不能定义方法

这是我怨念的地方。有时候我想把枚举以字符串的形式打印出来，可读性更好。如果能像下面一样写代码多好，可惜enum class不支持定义任何方法。

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

于是只能用单独的函数实现了，代码的组织不够紧凑，也没够美观。

const char* ColorToString(Color c)
{
    switch (c) {
      case Color::WHITE:
        return "white";
      case Color::BLACK:
        return "black";
      default:
        abort();    // 可能是未初始化的枚举，这属于逻辑错误
    }
}

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5. 参考资料

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?