检查 C++11 枚举类的总顺序（如何实现 operator<）

Question

在编写简单的状态机时，您通常有一个总顺序，例如：

State {
  initial,
  connecting,
  established,
  ready,
  closed,
  failed
}

您可以轻松测试给定值的等价性：

if (state == State::established)

但是如果你的状态是ready——这个测试会失败，即使准备好意味着建立？另一种方法是添加另一个子句，但如果列表更长，或者要求不断变化，这可能会变得更长。

if (state == State::established || state == State::ready || ...)

使用 C 风格的枚举，您甚至可以通过转换为整数来确定相对顺序：

if (state > State::established && state <= State::closed)

但是如果你想享受类型安全枚举类，除了添加 operator

Answer 1

如您所知，作用域枚举提供类型安全性，因为它们不能隐式转换为整数。

但没有什么能阻止您将枚举转换为整数：

if ((int)state > (int)State::established && (int)state <= (int)State::closed)

您可以使用 static_cast 的 C 风格转换。

Answer 2

我倾向于将我需要的运算符定义为内联函数，并根据需要使用 static_cast 来获取要比较的值：

enum class MyEnum : unsigned { ALPHA, BETA, DELTA, EPSILON };
inline bool operator<(MyEnum a, MyEnum b)  { return static_cast<unsigned>(a) < static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator>(MyEnum a, MyEnum b)  { return static_cast<unsigned>(a) > static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator<=(MyEnum a, MyEnum b) { return static_cast<unsigned>(a) <= static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator>=(MyEnum a, MyEnum b) { return static_cast<unsigned>(a) >= static_cast<unsigned>(b); }

（注意：在 C++20 中，这会变得更简单，因为您可以只定义一个运算符“”运算符，然后自动生成其他运算符。）

如果我需要做更复杂的技巧，我可以使用静态 std::unordered_map 将值（或值对）映射到我需要的任何东西：

#include <unordered_map>

const std::string& getName(MyEnum e)
{
   static const std::string UNKNOWN = "???";
   static const std::unordered_map<MyEnum, std::string> NAMES = {
      {MyEnum::ALPHA,   "ALPHA"},
      {MyEnum::BETA,    "BETA"},
      {MyEnum::DELTA,   "DELTA"},
      {MyEnum::EPSILON, "EPSILON"},
   };
   const auto it = NAMES.find(e);
   return ((it != NAMES.end()) ? it->second : UNKNOWN);
}

Answer 3

有人可能会说这是一个有缺陷的请求，因为枚举值的总顺序是实现方法的历史事故，或者状态机很少是线性的（失败意味着关闭 em>，但失败并不一定意味着连接已经准备好）。

但是，我发现它出现的频率足以找到解决方案，直到您转向更复杂的东西（或者您的状态机增长）。我想出了以下不需要将枚举转换为整数值的解决方案。

bool has_reached(State current, State condition)
{
    bool reached = false;
    switch (condition)
    {
    case State::initial:     reached |= current == State::initial;
    case State::connecting:  reached |= current == State::connecting;
    case State::established: reached |= current == State::established;
    case State::ready:       reached |= current == State::ready;
    case State::closed:      reached |= current == State::closed;
    case State::failed:      reached |= current == State::failed;
    };
    return reached;
}

按如下方式使用：

if (has_reached(state, State::established)) // State::ready returns true

它在现代系统上应该很快并且很难出错——只要你不混淆声明和切换命令。