在 C++ 中，枚举的大小是否必须等于其底层类型的大小？答案

【问题标题】：In C++, does the size of an enumeration have to be equal to the size of its underlying type?在 C++ 中，枚举的大小是否必须等于其底层类型的大小？
【发布时间】：2017-11-22 21:25:04
【问题描述】：

我经常假设枚举的大小与其底层类型的大小相同。但这是标准规定的吗？

标准 (C++14, n4296) 规定每个枚举都有一个基础类型 (7.2/5)。该标准还说对象被表示为字节序列，并且对象的大小与其表示有关：

3.9/4 T类型对象的对象表示是N的序列类型 T 的对象占用的 unsigned char 对象，其中 N 等于大小（T）。

5.3.3/1 sizeof 运算符产生对象中的字节数其操作数的表示。

但是，我无法找到枚举的基础类型和对象表示之间的任何关系。有没有？如果不是，那么我认为枚举的 sizeof 不必是其底层类型的 sizeof。

所以我的问题是：

枚举的基础类型与其对象表示之间是否存在任何关系？
标准是否真的要求 sizeof(std::underlying_type_t<E>) == sizeof(E) 用于任何枚举 E？

【问题讨论】：

我 99% 确定它们的大小必须相同。例如。有std::byte，就是enum class byte : unsigned char（不记得有符号或无符号），而且保证大小相同。不过，我不确定它在标准中的位置。
否则会是什么尺寸？
@NeilButterworth 更大吗？它必须至少和 UT 一样大，因为它必须存储它的所有值。
我认为有些参数说它可能更小 - 例如，如果一个枚举只有两个值，它可以存储在一个 char 中，但指定的基础类型可能是一个 int。请注意，我不是说这就是发生的事情。
@NeilButterworth 对于普通的旧 C 枚举（也就是 UT 不固定的无范围枚举）来说，这可能是正确的。

标签： c++ c++14 language-lawyer

【解决方案1】：

取自：What is the underlying type of a c++ enum?，7.2/5 中声明的旧 C++ 标准：

枚举的底层类型是一个整数类型，它可以表示枚举中定义的所有枚举值。它是实现定义使用哪种整数类型作为底层枚举的类型，但基础类型不应是大于 int 除非枚举器的值不能放入整数或无符号整数。如果 enumerator-list 为空，则底层 type 就好像枚举有一个值为 0 的枚举数。 sizeof() 的值应用于枚举类型，即枚举类型或枚举器，是 sizeof() 应用的值到底层类型。

从draft n4606，我能找到的最接近的是 7.2/7 + 8，它指出：

7) 对于底层类型不固定的枚举，底层 type 是一个整数类型，可以表示所有枚举数值在枚举中定义。如果没有整数类型可以代表所有枚举值，枚举格式不正确。它是实现定义使用哪种整数类型作为底层类型，但基础类型不得大于 int 除非枚举器的值不能放入 int 或 unsigned 诠释。如果 enumerator-list 为空，则基础类型就像枚举有一个值为 0 的枚举数。

8) 对于基础类型固定的枚举，枚举的值是基础类型的值。否则，对于枚举 emin 是最小的枚举数，emax 是最大的，枚举是 bmin 到 bmax 范围内的值，定义为如下：对于二进制补码表示，令 K 为 1，对于 a 一个的补码或符号幅度表示。 bmax 是大于或等于 max(|emin| - K, |emax|) 的最小值和等于 2M - 1，其中 M 是非负整数。如果 bmin 为零 emin 是非负数，否则为 -(bmax + K)。的大小足以容纳所有值的最小位域如果 bmin 为零，则枚举类型为 max(M, 1)，否则为 M + 1。它可以定义具有未定义值的枚举它的任何枚举数。如果 enumerator-list 为空，则枚举就像枚举有一个单一的枚举器值 0

一方面它看起来足够接近，另一方面，对sizeof() 运算符的特定需求被删除了。尽管如此，我认为这两个问题的答案都是肯定的。

【讨论】：

【解决方案2】：

我已经搜索了标准，这是我能找到的最好的（我知道这可能不够）：

底层类型在这里隐式定义（C++14 的 3.9.1/5）：

类型 wchar_t 是一个 distinct 类型，其值可以表示 distinct 指定的最大扩展字符集的所有成员的代码在受支持的语言环境 (22.3.1) 中。类型 wchar_t 应具有相同的尺寸、签名和对齐要求 (3.11) 作为其中之一其他整数类型，称为其基础类型。类型 char16_t 和 char32_t 表示具有相同大小、符号和对齐为 uint_least16_t 和 uint_least32_t，分别在，称为底层类型。

这个定义是关于wchar_t，但我认为可以肯定地说这是底层类型的定义。（至少，这是标准给出的最好的定义。另外，底层类型的C++14标准索引参考这里）

这意味着：

表示必须相同
大小必须相等

（但我确实认为底层类型应该在标准中更好地定义）

【讨论】：

谢谢。我也发现了这个。它说“它的底层类型”，所以我会说它只为 wchar_t 定义了一个底层类型，其方式与枚举的 7.2/5 类似。
@JanTušil：是的，但文字略有不同。在这里，它“称为其基础类型”，因此可以解释为“基础类型具有这些属性，这就是定义”（不仅仅是 wchar_t）。对于枚举，他们不会这样说。但是，是的，也可以像您说的那样解释它。这里的标准不清楚，应该改进。即使您接受这个定义，1. 的答案也不是 100% 准确的，因为没有任何地方写明基础 repr 应该是相同的。但如果不是，那就很奇怪了（那为什么会有“底层”这个名字呢？）。
我会说这句话只定义了 wchar_t 的“基础类型”
MM：我不清楚。 “基础类型”的索引在这里引用的事实支持这一定义。另一方面，它是在wchar_t 上下文中编写的，所以它可以只为wchar_t 定义。这个定义应该有它自己的要点。应该澄清这一点。但老实说，我不认为底层类型的定义应该因各种类型而异（我希望这也是委员会的意图）。 C++ 非常复杂，我们不要再复杂了。
另外，我认为“相同的大小、签名和对齐要求”不能保证相同的表示。例如，一个枚举可能是大端，而底层类型是小端，这三个等价仍然成立。