13.3 — 无作用域枚举器整数转换

在上一课（13.2 -- 无作用域枚举）中，我们提到枚举器是符号常量。当时我们没有告诉您的是，这些枚举器的值是整数类型。

这与字符（4.11 -- 字符）的情况类似。考虑

char ch { 'A' };

一个字符实际上只是一个1字节的整数值，字符'A'被转换为一个整数值（在本例中为65）并存储。

当我们定义一个枚举时，每个枚举器都会根据其在枚举器列表中的位置自动关联一个整数值。默认情况下，第一个枚举器被赋予整数值0，每个后续枚举器的值比前一个枚举器大1。

enum Color
{
    black,   // 0
    red,     // 1
    blue,    // 2
    green,   // 3
    white,   // 4
    cyan,    // 5
    yellow,  // 6
    magenta, // 7
};

int main()
{
    Color shirt{ blue }; // shirt actually stores integral value 2

    return 0;
}

可以显式定义枚举器的值。这些整数值可以是正数或负数，并且可以与其他枚举器共享相同的值。任何未定义的枚举器都会被赋予比前一个枚举器大1的值。

enum Animal
{
    cat = -3,    // values can be negative
    dog,         // -2
    pig,         // -1
    horse = 5,
    giraffe = 5, // shares same value as horse
    chicken,     // 6 
};

请注意，在这种情况下，horse和giraffe被赋予了相同的值。当这种情况发生时，枚举器变得非互斥——本质上，horse和giraffe是可以互换的。尽管C++允许，但通常应避免在同一个枚举中为两个枚举器分配相同的值。

大多数情况下，枚举器的默认值正是您想要的，因此除非您有特殊原因，否则不要提供自己的值。

值初始化枚举

如果枚举被零初始化（当我们使用值初始化时发生），枚举将被赋予值0，即使没有相应的枚举器具有该值。

#include <iostream>

enum Animal
{
    cat = -3,    // -3
    dog,         // -2
    pig,         // -1
    // note: no enumerator with value 0 in this list
    horse = 5,   // 5
    giraffe = 5, // 5
    chicken,     // 6 
};

int main()
{
    Animal a {}; // value-initialization zero-initializes a to value 0
    std::cout << a; // prints 0

    return 0;
}

这有两个语义后果：

• 如果存在值为0的枚举器，则值初始化将枚举默认为该枚举器的含义。例如，使用前面的enum Color示例，值初始化的Color将默认为black）。因此，考虑将值为0的枚举器设为表示枚举最佳默认含义的枚举器是个好主意。

像这样可能会导致问题

enum UniverseResult
{
    destroyUniverse, // default value (0)
    saveUniverse
};

• 如果不存在值为0的枚举器，则值初始化很容易创建语义上无效的枚举。在这种情况下，我们建议添加一个值为0的“无效”或“未知”枚举器，以便您有该状态含义的文档，以及可以显式处理的该状态的名称。

enum Winner
{
    winnerUnknown, // default value (0)
    player1,
    player2,
};

// somewhere later in your code
if (w == winnerUnknown) // handle case appropriately

无作用域枚举将隐式转换为整数值

尽管枚举存储整数值，但它们不被视为整数类型（它们是复合类型）。然而，无作用域枚举将隐式转换为整数值。因为枚举器是编译时常量，所以这是一个constexpr转换（我们在10.4 -- 窄化转换、列表初始化和constexpr初始化器中介绍这些内容）。

考虑以下程序

#include <iostream>

enum Color
{
    black, // assigned 0
    red, // assigned 1
    blue, // assigned 2
    green, // assigned 3
    white, // assigned 4
    cyan, // assigned 5
    yellow, // assigned 6
    magenta, // assigned 7
};

int main()
{
    Color shirt{ blue };

    std::cout << "Your shirt is " << shirt << '\n'; // what does this do?

    return 0;
}

由于枚举类型持有整数值，正如您所期望的，这将打印

Your shirt is 2

当枚举类型在函数调用中或与运算符一起使用时，编译器将首先尝试查找与枚举类型匹配的函数或运算符。例如，当编译器尝试编译std::cout << shirt时，编译器将首先查看operator<<是否知道如何将Color类型的对象（因为shirt是Color类型）打印到std::cout。它不知道。

由于编译器找不到匹配项，它将检查operator<<是否知道如何打印无作用域枚举转换为的整数类型的对象。由于它知道，shirt中的值被转换为整数值并打印为整数值2。

枚举大小和底层类型（基）

枚举器的值是整数类型。但是是哪种整数类型？用于表示枚举器值的特定整数类型称为枚举的底层类型（或基）。

对于无作用域枚举，C++标准没有指定应使用哪种特定整数类型作为底层类型，因此选择是实现定义的。大多数编译器将使用int作为底层类型（这意味着无作用域枚举的大小将与int相同），除非需要更大的类型来存储枚举器值。但您不应假定这对于每个编译器或平台都成立。

可以显式指定枚举的底层类型。底层类型必须是整数类型。例如，如果您在某些对带宽敏感的环境中工作（例如通过网络发送数据），您可能希望为枚举指定一个较小的类型

#include <cstdint>  // for std::int8_t
#include <iostream>

// Use an 8-bit integer as the enum underlying type
enum Color : std::int8_t
{
    black,
    red,
    blue,
};

int main()
{
    Color c{ black };
    std::cout << sizeof(c) << '\n'; // prints 1 (byte)

    return 0;
}

整数到无作用域枚举器转换

虽然编译器会隐式将无作用域枚举转换为整数，但它不会隐式将整数转换为无作用域枚举。以下内容将产生编译错误

enum Pet // no specified base
{
    cat, // assigned 0
    dog, // assigned 1
    pig, // assigned 2
    whale, // assigned 3
};

int main()
{
    Pet pet { 2 }; // compile error: integer value 2 won't implicitly convert to a Pet
    pet = 3;       // compile error: integer value 3 won't implicitly convert to a Pet

    return 0;
}

有两种方法可以解决这个问题。

首先，您可以使用static_cast显式将整数转换为无作用域枚举器

enum Pet // no specified base
{
    cat, // assigned 0
    dog, // assigned 1
    pig, // assigned 2
    whale, // assigned 3
};

int main()
{
    Pet pet { static_cast<Pet>(2) }; // convert integer 2 to a Pet
    pet = static_cast<Pet>(3);       // our pig evolved into a whale!

    return 0;
}

我们将在13.4 -- 将枚举转换为字符串以及从字符串转换枚举中看到一个我们利用此功能的示例。

将任何由目标枚举的枚举器表示的整数值进行static_cast是安全的。由于我们的Pet枚举具有值0、1、2和3的枚举器，因此将整数值0、1、2和3static_cast为Pet是有效的。

将任何在目标枚举底层类型范围内的整数值进行static_cast也是安全的，即使没有枚举器表示该值。将值static_cast到底层类型范围之外将导致未定义行为。

其次，从C++17开始，如果无作用域枚举具有显式指定的基，则编译器将允许您使用整数值列表初始化无作用域枚举

enum Pet: int // we've specified a base
{
    cat, // assigned 0
    dog, // assigned 1
    pig, // assigned 2
    whale, // assigned 3
};

int main()
{
    Pet pet1 { 2 }; // ok: can brace initialize unscoped enumeration with specified base with integer (C++17)
    Pet pet2 (2);   // compile error: cannot direct initialize with integer
    Pet pet3 = 2;   // compile error: cannot copy initialize with integer

    pet1 = 3;       // compile error: cannot assign with integer

    return 0;
}

小测验时间

问题 #1

对或错。枚举器可以是

• 给定整数值

显示答案

• 没有给定显式值

显示答案

• 给定浮点值

显示答案

• 给定负值

显示答案

• 给定非唯一值

显示答案

• 给定先前枚举器的值（例如 magenta = red）

显示答案

• 给定非 constexpr 值

显示答案