强类型枚举

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1. 枚举

1.1 枚举的使用

枚举类型是C及C++中一个基本的内置类型，不过也是一个有点”奇怪”的类型。从枚举的本意上来讲，就是要定义一个类别，并穷举同一类别下的个体以供代码中使用。由于枚举来源于C，所以出于设计上的简单的目的，枚举值常常是对应到整型数值的一些名字，比如：

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// 匿名枚举
enum {Red, Green, Blue};
// 有名枚举
enum Colors{Red, Green, Blue};

在枚举类型中的枚举值编译器会默认从0开始赋值，而后依次向下递增，也就是说Red=0，Green=1，Blue=2。

1.2 枚举的缺陷

C/C++的enum有个很”奇怪” 的设定，就是具名（有名字）的enum类型的名字，以及 enum 的成员的名字都是全局可见的。这与 C++中具名的 namespace、class/struct 及 union 必须通过名字::成员名的方式访问相比是格格不入的，编码过程中一不小心程序员就容易遇到问题。比如∶

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enum China {Shanghai, Dongjing, Beijing, Nanjing};
enum Japan {Dongjing, Daban, Hengbin, Fudao};

上面定义的两个枚举在编译的时候，编译器会报错，具体信息如下：

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error C2365: “Dongjing”: 重定义；以前的定义是“枚举数”

错误的原因上面也提到了，在这两个具名的枚举中Dongjing是全局可见的，所有编译器就会提示其重定义了。

另外，由于C中枚举被设计为常量数值的”别名”的本性，所以枚举的成员总是可以被隐式地转换为整型，但是很多时候我们并不想这样。

2. 强类型枚举

2.1 优势

针对枚举的缺陷，C++11标准引入了一种新的枚举类型，即枚举类，又称强类型枚举（strong-typed enum）。
声明强类型枚举非常简单，只需要在 enum 后加上关键字 class。比如∶

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// 定义强类型枚举
enum class Colors{Red, Green, Blue};

强类型枚举具有以下几点优势∶


  • 强作用域，强类型枚举成员的名称不会被输出到其父作用域空间。

    • 强类型枚举只能是有名枚举，如果是匿名枚举会导致枚举值无法使用（因为没有作用域名称）。

  • 转换限制，强类型枚举成员的值不可以与整型隐式地相互转换。


  • 可以指定底层类型。强类型枚举默认的底层类型为 int，但也可以显式地指定底层类型，
具体方法为在枚举名称后面加上∶type，其中 type 可以是除 wchar_t 以外的任何整型。比如:

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    enum class Colors :char { Red, Green, Blue };

    wchar_t 是什么?

    • 双字节类型，或宽字符类型，是C/C++的一种扩展的存储方式，一般为16位或32位，所能表示的字符数远超char型。
    • 主要用在国际化程序的实现中，但它不等同于 unicode 编码。unicode 编码的字符一般以wchar_t类型存储。

了解了强类型枚举的优势之后，我们再看一段程序：

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enum class China { Shanghai, Dongjing, Beijing, Nanjing, };
enum class Japan:char { Dongjing, Daban, Hengbin, Fudao };
int main()
{
    int m = Shanghai;           // error
    int n = China::Shanghai;    // error
    if ((int)China::Beijing >= 2)
    {
    	cout << "ok!" << endl;
    }
    cout << "size1: " << sizeof(China::Dongjing) << endl;
    cout << "size2: " << sizeof(Japan::Dongjing) << endl;
    return 0;
}
  • 第5行：该行的代码有两处错误
    1. 强类型枚举属于强作用于类型，不能直接使用，枚举值前必须加枚举类型
    2. 强类型枚举不会进行隐式类型转换，因此枚举值不能直接给int行变量赋值（虽然强类型枚举的枚举值默认就是整形，但其不能作为整形使用）。
  • 第6行：语法错误，将强类型枚举值作为整形使用，此处不会进行隐式类型转换
  • 第7行：语法正确，强类型枚举值在和整数比较之前做了强制类型转换。
  • 第11行：打印的结果为4，强类型枚举底层类型值默认为int，因此占用的内存是4个字节
  • 第12行：打印的结果为1，显示指定了强类型枚举值的类型为char，因此占用的内存大小为1个字节，这样我们就可以节省更多的内存空间了。

2.2 对原有枚举的扩展

相比于原来的枚举，强类型枚举更像是一个属于C++的枚举。但为了配合新的枚举类型，C++11还对原有枚举类型进行了扩展：

  1. 原有枚举类型的底层类型在默认情况下，仍然由编译器来具体指定实现。但也可以跟强类型枚举类一样，显式地由程序员来指定。其指定的方式跟强类型枚举一样，都是枚举名称后面加上∶type，其中type 可以是除 wchar_t 以外的任何整型。比如∶

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    enum Colors : char { Red, Green, Blue };

  2. 关于作用域，在C++11中，枚举成员的名字除了会自动输出到父作用域，也可以在枚举类型定义的作用域内有效。比如：

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    enum Colors : char { Red, Green, Blue };
    int main()
    {
        Colors c1 = Green;          // C++11以前的用法
        Colors c2 = Colors::Green;  // C++11的扩展语法
        return 0;
    }

    上面程序中第4、5行的写法都是合法的。

C++11中对原有枚举类型的这两个扩展都保留了向后兼容性，也方便了程序员在代码中同时操作两种枚举类型。此外，我们在声明强类型枚举的时候，也可以使用关键字enum struct。实际上 enum struct 和enum class在语法上没有任何区别（enum class 的成员没有公有私有之分，也不会使用模板来支持泛化的声明 ）。