从 C++17、C++20 到 C++23，不断进阶的枚举类！

C语言与CPP编程

本文经授权转自公众号CSDN（ID：CSDNnews）
作者 | Bart?omiej Filipek
随着 C++ 标准的不断演进，枚举类型（enum class）作为一种重要的数据结构，在 C++ 社区中扮演着越来越重要的角色。从 C++17 到 C++23，我们见证了枚举类型的多项改进和完善，这些变化不仅增强了语言本身的表达能力，也为开发者提供了更强大、更安全的编程工具。
原文链接：https://www.cppstories.com/2024/enum-improvements/

C++语言的演进不断带来强大的新特性，提升了代码的安全性、可读性和可维护性。在这些改进中，我们见证了从 C++17、C++20 到 C++23 中对 enum class 功能的修改和扩展。在这篇文章中，我们将探讨这些进展，重点介绍 C++17 中的初始化改进、C++20 中引入的 using enum 关键字，以及 C++23 中的 std::to_underlying 实用工具。
1、enum class 简介
在深入了解这些改进之前，让我们先简要回顾一下 enum class 是什么。enum class（限定作用域的枚举）提供了一种类型安全的方式来定义一组命名常量。与传统的（无作用域）枚举不同，enum class 不会隐式转换为整数或其他类型，从而防止了意外的误用。下面是一个基本示例：

#include
enum class Color {    Red,    Green,    Blue};
int main() {        Color color = Color::Red;
    if (color == Color::Red)        std::cout "The color is red.
";
    color = Color::Blue;
    if (color == Color::Blue)        std::cout "The color is blue.
";
    // std::cout     // int i = color;      // error: cannot convert}注意，在 main 函数的末尾有两行代码。由于没有隐式转换为整数类型，因此会出现编译器错误。
作为对比，下面是一个类似的例子，但使用的是无作用域枚举：

#include
enum Color {    Red,    Green,    Blue};
int main() {        Color color = Red;
    if (color == Red)        std::cout "The color is red.
";
    color = Blue;
    if (color == Blue)        std::cout "The color is blue.
";
    std::cout // fine, prints integer value!    int i = color;      // fine, can convert...}简而言之，enum class 为所有枚举值提供了单独的作用域，同时也加强了类型安全。没有隐式的整数转换，这样你就能更好地控制设计。
以上的基础部分很简单，接下来让我们来看看最新 C++ 版本中的一些实用改进。

2、C++17：使用大括号初始化基础类型
有时候，enum class 可能显得过于限制，某些情况下的转换可能会很方便。
在 C++17 中，P0138 提案被接受，以下是其中的一个示例：

enum class Handle : uint32_t { Invalid = 0 }; Handle h { 42 }; // OK简而言之，当你使用 enum class 来定义强类型时，允许从基础类型进行初始化而不产生任何错误——这在 C++17 之前是无法实现的。
这个变化仍能确保枚举仍然是安全的，因为它们只能用于统一/大括号初始化。请看看下面的代码：

#include
enum class Handle : uint32_t { Invalid = 0 };
void process(Handle h) {
}
int main() {        Handle h { 42 }; // OK
    // process({10}); // error    process(Handle{10});}你不能直接将 {10} 作为 process 函数的参数，仍需要明确指定类型。
在 C++14 中，你可以使用 process(static_cast(10));——如你所见，C++17 版本的改进要好得多。

3、C++20：使用 using enum
C++20 引入了 using enum 语法，这个特性允许你将一个枚举的所有枚举值引入当前作用域，同时不失去作用域枚举的优点。请看下面的示例：

enum class ComputeStatus {    Ok,    Error,    FileError,    NotEnoughMemory,    TimeExceeded,    Unknown};在早期的 C++ 版本中，使用这些枚举值时，需要使用枚举类的名称进行限定：

ComputeStatus s = ComputeStatus::NotEnoughMemory;C++20 通过 using enum 声明简化了这一点：

int main() {    using enum ComputeStatus;    ComputeStatus s = NotEnoughMemory;}上面的简单代码可能没什么实际意义，但看看下面这个例子：

int main() {        ComputeStatus s = ComputeStatus::Ok;    switch (s) {        case ComputeStatus::Ok:             std::cout "ok"; break;        case ComputeStatus::Error:             std::cout "Error"; break;        case ComputeStatus::FileError:             std::cout "FileError"; break;        case ComputeStatus::NotEnoughMemory:             std::cout "NotEnoughMemory"; break;        case ComputeStatus::TimeExceeded:             std::cout "Time..."; break;        default: std::cout "unknown...";    }}我们可以将其转换为如下形式：

int main() {        ComputeStatus s = ComputeStatus::Ok;    switch (s) {        using enum ComputeStatus;  //         case Ok:             std::cout "ok"; break;        case Error:             std::cout "Error"; break;        case FileError:             std::cout "FileError"; break;        case NotEnoughMemory:             std::cout "NotEnoughMemory"; break;        case TimeExceeded:             std::cout "Time..."; break;        default: std::cout "unknown...";    }}或者，也可以看看下面这个例子：

struct ComputeEngine {    enum class ComputeStatus {        Ok,        Error,        FileError,        NotEnoughMemory,        TimeExceeded,        Unknown    };    using enum ComputeStatus;};
int main() {        ComputeEngine::ComputeStatus s = ComputeEngine::Ok;}你可以将所有枚举值引入 ComputeEngine 的作用域中，同时享受 enum class 带来的类型安全特性。
C++20 的这一改进使代码更加简洁，并减少了冗余，尤其是在某个作用域内频繁使用多个枚举值的情况下。它提供了一种更加流畅和可读的方式，同时不牺牲作用域枚举所提供的类型安全性。

4、C++23：std::to_underlying
C++23 通过引入 std::to_underlying 进一步增强了 enum class 的可用性，这个实用函数可以将枚举值转换为其基础的整型类型，这个特性解决了将枚举值转换为整数以用于存储、比较或与其他期望整型的 API 交互的常见需求。
这个想法最早出现在 Scott Meyers 的经典著作《Effective Modern C++: 42 Specific Ways to Improve Your Use of C++11 and C++14》一书中。终于在 C++23 中，我们可以享受到这个被标准化的功能。
在 C++23 之前，将枚举转换为其基础类型需要显式的类型转换：

enum class Permissions : uint8_t {    Execute = 1,  Write = 2,    Read = 4};
uint8_t value = static_castuint8_t>(Permissions::Read);而有了 std::to_underlying，这个转换变得更加直接和清晰：

#include
int main() {    Permissions p = Permissions::Read;    auto value = std::to_underlying(p); // C++23}std::to_underlying 函数提高了代码的可读性，并减少了与类型转换相关的样板代码。它还明确了意图，使得人们能一目了然地知道这是在获取枚举的基础值。

5、未来的改进
接下来，一个即将到来的重要更新可能是支持 C++26 反射——可查看提案 P2996（虽然这个提案还未被接受，但预计很快就会获得批准）。反射带来了许多激动人心的可能性，比如将枚举转换为字符串的能力。
请看提案中的这个例子：

template typename E>  requires std::is_enum_vconstexpr std::string enum_to_string(E value) {  template for (constexpr auto e : std::meta::enumerators_of(^E)) {    if (value == [:e:]) {      return std::string(std::meta::name_of(e));    }  }  return "";}
enum Color { red, green, blue };static_assert(enum_to_string(Color::red) == "red");static_assert(enum_to_string(Color(42)) == "");当然，你也可以不必等到 C++26，依赖第三方库就能体验这个功能，如 Neargye/magic_enum @GitHub。   
本文转自公众号“CSDN”，ID：CSDNnews分享个群友推荐的招聘类小程序这里分享一个交流群群友推荐的招聘小程序，其中有很多二三线城市，比如赤峰、保定、阿克苏之类的三四线城市，还支持按照岗位、地点和薪资要求来找合适的岗位。
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