强制转换为无法由枚举表示的枚举值是否合法？

Question

给定enum class val { foo = 1, bar = 2, baz = 4 };

可以定义：

val operator|(val x, val y)
{
    return static_cast<val>(static_cast<int>(x) | static_cast<int>(y));
}

但是，这样做在语义上是否正确？

我倾向于不，如下面的看似良好的示例所示：

int convert(val x)
{
    switch(x)
    {
    case val::foo: return 42;
    case val::bar: return 53;
    case val::baz: return 64;
    }
}

当使用 g++ 编译并且使用 clang++ 进行分段错误时，调用 convert(val::foo | val::bar) 将返回 0。

Here 是 g++ 版本。而here是clang++版本。

我的问题有两个：

1. 在枚举中存储不由枚举器表示的值在语义上是否正确？我们非常欢迎标准摘录。

1.a 上面链接的例子中哪个编译器是正确的，g++还是clang++？

1. 是否有标准（或建议的）方法来表示 C++ 中的标志？

我能想到几种可能的实现方式：

enum class val { foo, bar, baz, size };
using val_flags = std::set<val>; // (1)
using val_flags = std::vector<bool>; // (2)
using val_flags = std::bitset<val::size>; // (3)
using val_flags = std::underlying_type<val>::type; // (4)

更新：

谢谢大家的回答。我最终恢复了我的旧枚举运算符模板。如果有人感兴趣，可以在这里找到：github.com

Answer 1

以下看似行为良好的示例：

不是，而是做一个小改动：

int convert(val x)
{
    switch(x)
    {
    case val::foo: return 42;
    case val::bar: return 53;
    case val::baz: return 64;
    }

    return 9; // ADDED THIS LINE
}

一切都会好起来的。另一种解决方法是使用default: 案例并返回那里。

您现有的代码通过到达具有非void 返回类型的函数的右大括号来触发未定义的行为¹。因为它是未定义的行为，所以两个编译器都是正确的。

在enum 类型中保存值的语义是枚举数值的按位或组合，是明确定义和保证的。该标准要求enum 的实例可以存储任何整数值，使用的位数不超过定义的任何枚举值，其中包括所有按位或组合。用正式语言说这有点混乱，但在这里（注意你的案例是enum class，这些总是有固定的底层类型，第一句话适用）：

对于基础类型固定的枚举，枚举的值是 基础类型。否则，对于其中 e_min 是最小枚举数且 e_max 是 最大，枚举的值是 b_min 到 b_max 范围内的值，定义如下：设 K 对于二进制补码表示为 1，对于一个补码或符号幅度表示为 0。 b_max 是大于等于 max(|e_min| - K, |e_min|) 且等于 2 的最小值^M - 1，其中 M 是一个非负整数。如果 e_min 为非负数，则 b_min 为零，否则为 -(b_max + K)。的大小 如果 b_min 是，则足以容纳枚举类型的所有值的最小位域是 max(M, 1) 零和 M + 1 否则。可以定义一个枚举，它的任何枚举器都没有定义它的值。如果 enumerator-list 为空，则枚举的值就好像该枚举有一个值为 0 的枚举数。

（来自 n4582，第 7.2 节 [dcl.enum]）

---

¹ 从 6.6.3 [stmt.return]:

从构造函数、析构函数或具有 cv void 返回类型的函数的末尾流出等效于没有操作数的返回。否则，从 main (3.6.1) 以外的函数末尾流出会导致未定义的行为。

Answer 2

在枚举中存储不由枚举器表示的值在语义上是否正确？标准的摘录是最受欢迎的。

如果值在枚举范围内，则为是。 Ben Voigt 提供了标准的摘录。我更喜欢看cppreference，因为我发现它更具可读性（尽管它没有相同的权威价值）。

整数、浮点数和其他枚举类型的值可以转换为任何枚举类型，例如通过 static_cast。如果转换为枚举的基础类型的值超出此枚举的范围，则结果为未指定 (C++17 前)未定义行为 (C++17 起)。如果基础类型是固定的，则范围是基础类型的范围。如果基础类型不固定，则范围是最小位字段的所有可能值，该最小位字段大到足以容纳目标枚举的所有枚举数。请注意，此类转换后的值不一定等于为该类型定义的任何命名枚举数。

 

以上链接示例中哪个编译器是正确的，g++ 还是 clang++？

问题在于您的代码调用了未定义的行为，但原因与枚举无关，正如 cmets 和 Ben Voigt 所指出的那样。所以两个编译器都是正确的。

请注意，您实际上并不需要 convert 函数来试验这些行为。

enum class val { foo = 1, bar = 2, baz = 4 };

val operator|(val x, val y) {
    return static_cast<val>(static_cast<int>(x) | static_cast<int>(y));
}

int main() {
    std::cout << static_cast<int>(val::foo | val::bar); // prints 3
}

Live example

是否有标准（或建议的）方法来表示 C++ 中的标志？

我会在范围的结构（或类）中使用静态 constexpr 变量。

struct Flags {
    static constexpr unsigned int foo = 0x01;
    static constexpr unsigned int bar = 0x02;
    static constexpr unsigned int baz = 0x04;
};

Answer 3

除了其他答案（已经指出问题），如果您需要一组标志，请考虑使用std::bitset，并最终使用enum 为位命名（而不是它们的重量），喜欢

enum flags_names { f0, f1, f2, f3, NFlags }
typedef std::bitset<NFlags> flags;

现在你可以做

flags fs;
fs[f0] = true; fs[f2] = false;
if(fs[f0]) ...
etc.