一致地处理 clang、gcc 和 icc 中的开关枚举类返回

Question

我通常使用clang 开发代码，尽我所能使用所有合理的警告 (-Wall -Wextra [-Wpedantic])。这个设置的好处之一是编译器检查switch stataments 与所使用的枚举的一致性。例如在这段代码中：

enum class E{e1, e2};

int fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return 11;
        case E::e2: return 22; // if I forget this line, clang warns
    }
}

clang 会抱怨（警告）如果：我省略了e1 或e2 的情况，并且没有默认情况。

<source>:4:12: warning: enumeration value 'e2' not handled in switch [-Wswitch]
    switch(e){

这种行为很棒，因为

1. 它在编译时检查枚举和开关之间的一致性，使它们成为非常有用且不可分割的一对功能。
2. 我不需要定义一个人为的 default 案例，我不会为此做任何好事。
3. 它允许我省略一个全局返回，我不会为它返回一个好东西（有时返回不是像int 这样的简单类型，例如它可能是没有默认构造函数的类型。

（请注意，我使用的是enum class，所以我只假设有效案例，因为无效案例只能由调用者端的讨厌演员生成。）

现在是个坏消息： 不幸的是，当切换到其他编译器时，这很快就会崩溃。 在 GCC 和 Intel (icc) 中，上面的代码警告（使用相同的标志）我没有从非 void 函数返回。

<source>: In function 'int fun(E)':
<source>:11:1: warning: control reaches end of non-void function [-Wreturn-type]
   11 | }
      | ^
Compiler returned: 0

我发现的唯一解决方案是同时具有 default 大小写并返回无意义的值。

int fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return 11;
        case E::e2: return 22;
        default: return {}; // or int{} // needed by GCC and icc
    }
}

这很糟糕，因为我上面提到的原因（甚至没有达到返回类型没有默认构造函数的情况）。 但这也很糟糕，因为我可以再次忘记其中一个枚举案例，现在clang 不会抱怨，因为有一个默认案例。

所以我最终要做的是让这段丑陋的代码在这些编译器上运行，并在出于正确的原因发出警告。

enum E{e1, e2};

int fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return 11;
        case E::e2: return 22;
#ifndef __clang__    
        default: return {};
#endif
    }
}

或

int fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return 11;
        case E::e2: return 22;
    }
#ifndef __clang__    
    return {};
#endif
}

有更好的方法吗？

这是示例：https://godbolt.org/z/h5_HAs

---

在非默认可构造类的情况下，我真的完全没有好的选择：

A fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return A{11};
        case E::e2: return A{22};
    }
#ifndef __clang__
    return reinterpret_cast<A const&>(e);  // :P, because return A{} could be invalid
#endif
}

https://godbolt.org/z/3WC5v8

Answer 1

请务必注意，鉴于您对 fun 的初始定义，完全合法的 C++ 执行以下操作：

fun(static_cast<E>(2));

任何枚举类型都可以在其表示的位数内采用任何值。具有显式基础类型（enum class always 具有基础类型；int 默认情况下）的表示是该基础类型的整体。因此，默认情况下enum class 可以假定任何int 的值。

这不是在 C++ 中未定义的行为。

因此，GCC 完全有权假设 fun 可以获取其基础类型范围内的任何值，而不仅仅是其枚举数之一。

标准 C++ 对此并没有真正的答案。在理想情况下，C++ 将有一个合约系统，您可以在其中预先声明 fun 要求参数 e 是枚举数之一。有了这些知识，GCC 就会知道交换机将采用所有控制路径。当然，即使 C++20 有合约（正在为 C++23 重新设计），仍然没有办法测试枚举值是否仅具有等于其枚举数之一的值。

在不太理想的情况下，C++ 有办法明确告诉编译器一段代码预计无法访问，因此编译器可以忽略执行到达那里的可能性。不幸的是，该功能也没有使 C++20 成为现实。

所以目前，您只能使用特定于编译器的替代方案。

Answer 2

所有这三个编译器都有__builtin_unreachable() 扩展名。您可以使用它来抑制警告（即使返回值有构造函数问题）并引发更好的代码生成：

enum class E{e1, e2};


int fun(E e){
    switch(e){
        case E::e1: return 11;
        case E::e2: return 22;
    }
    __builtin_unreachable();

}

https://godbolt.org/z/0VP9af

Answer 3

这与enum 或switch 无关，而是与编译器通过每条路径证明有效返回语句的能力有关。有些编译器在这方面比其他编译器做得更好。

正确的做法是在函数的最后加上一个有效的return。

A fun(E e){
  switch(c){
    case E::e1: return A{11};
    ...
  }
  return A{11}; // can't get here, so return anything
}

编辑：如果您从无法访问的路径返回，某些编译器（如 MSVC）会抱怨。只需将编译器的#if 括起来即可。或者像我经常做的那样，只定义一个基于编译器定义的 RETURN(x)。