enum類型的本質(zhì)
至從C語(yǔ)言開(kāi)始enum類型就被作為用戶自定義分類有限集合常量的方法被引入到了語(yǔ)言
當(dāng)中,而且一度成為C++中定義編譯期常量的唯一方法(后來(lái)在類中引入了靜態(tài)整型常量)。
根據(jù)上面對(duì)enum類型的描述,到底enum所定義出來(lái)的類型是一個(gè)什么樣的類型呢?作為
一個(gè)用戶自定義的類型其所占用的內(nèi)存空間是多少呢?使用enum類型是否真的能夠起到有限
集合常量的邊界約束呢?大家可能都知道enum類型和int類型具有隱示(自動(dòng))轉(zhuǎn)換的規(guī)則,
那么是否真的在任何地方都可以使用enum類型的變量來(lái)代替int類型的變量呢?下面會(huì)逐一
回答這些問(wèn)題。
1. 到底enum所定義出來(lái)的類型是一個(gè)什么樣的類型呢?
在C++中大家都知道僅僅有兩種大的類型分類:POD類型和類類型(不清楚的可以參
見(jiàn)我的其他文章)。enum所定義的類型其實(shí)屬于POD類型,也就是說(shuō)它會(huì)參與到POD
類型的隱示轉(zhuǎn)換規(guī)則當(dāng)中去,所以才會(huì)出現(xiàn)enum類型與int類型之間的隱示轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。
那么也就是說(shuō)enum所定義的類型不具備名字空間限定能力(因?yàn)椴粚儆陬愵愋停?br> 其所定義的常量子具備和enum類型所在名字空間相同的可見(jiàn)性,由于自身沒(méi)有名字
限定能力,所以會(huì)出現(xiàn)名字沖突現(xiàn)象。如:
struct CEType
{
enum EType1 { e1, e2 };
enum EType2 { e1, e2 };
};
上面的例子會(huì)出現(xiàn)e1、e2名字沖突編譯時(shí)錯(cuò)誤,原因就在于枚舉子(e1、e2)是
CEType名字空間中的名字,同樣在引用該CEType中的枚舉子時(shí)必須采用CEType::e1
這樣的方式進(jìn)行,而不是CEType::EType1::e1來(lái)進(jìn)行引用。
2. 作為一個(gè)用戶自定義的類型其所占用的內(nèi)存空間是多少呢?
該問(wèn)題就是sizeof( EType1 )等于多少的問(wèn)題,是不是每一個(gè)用戶自定義的枚舉類
型都具有相同的尺寸呢?在大多數(shù)的32位編譯器下(如:VC++、gcc等)一個(gè)枚舉類
型的尺寸其實(shí)就是一個(gè)sizeof( int )的大小,難道枚舉類型的尺寸真的就應(yīng)該是int
類型的尺寸嗎?其實(shí)不是這樣的,在C++標(biāo)準(zhǔn)文檔(ISO14882)中并沒(méi)有這樣來(lái)定義,
標(biāo)準(zhǔn)中是這樣說(shuō)明的:“枚舉類型的尺寸是以能夠容納最大枚舉子的值的整數(shù)的尺寸”,
同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中也說(shuō)名了:“枚舉類型中的枚舉子的值必須要能夠用一個(gè)int類型表述”,
也就是說(shuō),枚舉類型的尺寸不能夠超過(guò)int類型的尺寸,但是是不是必須和int類型
具有相同的尺寸呢?上面的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)說(shuō)得很清楚了,只要能夠容納最大的枚舉子的
值的整數(shù)就可以了,那么就是說(shuō)可以是char、short和int。例如:
enum EType1 { e1 = CHAR_MAX };
enum EType2 { e2 = SHRT_MAX };
enum EType3 { e3 = INT_MAX };
上面的三個(gè)枚舉類型分別可以用char、short、int的內(nèi)存空間進(jìn)行表示,也就是:
sizeof( EType1 ) == sizeof( char );
sizeof( EType2 ) == sizeof( short );
sizeof( EType3 ) == sizeof( int );
那為什么在32位的編譯器下都會(huì)將上面三個(gè)枚舉類型的尺寸編譯成int類型的尺寸呢?
主要是從32位數(shù)據(jù)內(nèi)存對(duì)其方面的要求進(jìn)行考慮的,在某些計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境下具有對(duì)
齊的強(qiáng)制性要求(如:sun SPARC),有些則是因?yàn)椴捎靡粋€(gè)完整的32位字長(zhǎng)CPU處理
效率非常高的原因(如:IA32)。所以不可以簡(jiǎn)單的假設(shè)枚舉類型的尺寸就是int類
型的尺寸,說(shuō)不定會(huì)遇到一個(gè)編譯器為了節(jié)約內(nèi)存而采用上面的處理策略。
3. 使用enum類型是否真的能夠起到有限集合常量的邊界約束呢?
首先看一下下面這個(gè)例子:
enum EType { e1 = 0, e2 };
void func1( EType e )
{
if ( e == e1 )
{
// do something
}
// do something because e != e1 must e == e2
}
void func2( EType e )
{
if ( e == e1 )
{
// do something
}
else if ( e == e2 )
{
// do something
}
}
func1( static_cast<EType>( 2 ) );
func2( static_cast<EType>( -1 ) );
上面的代碼應(yīng)該很清楚的說(shuō)明了這樣一種異常的情況了,在使用一個(gè)操出范圍的整
型值調(diào)用func1函數(shù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致函數(shù)采取不該采取的行為,而第二個(gè)函數(shù)可能會(huì)好一些
他僅僅是忽略了超出范圍的值。這就說(shuō)明枚舉所定義的類型并不是一個(gè)真正強(qiáng)類型
的有限常量集合,這樣一種條件下和將上述的兩個(gè)函數(shù)參數(shù)聲明成為整數(shù)類型沒(méi)有
任何差異。所以以后要注意標(biāo)準(zhǔn)定義中枚舉類型的陷阱。(其實(shí)只有類類型才是真
正的強(qiáng)類型)
4. 是否真的在任何地方都可以使用enum類型的變量來(lái)代替int類型的變量呢?
通過(guò)上面的討論,其實(shí)枚舉類型的變量和整型變量具有了太多的一致性和可互換性,
那么是不是在每一個(gè)可以使用int類型的地方都可以很好的用枚舉類型來(lái)替代呢?
其實(shí)也不是這樣的,畢竟枚舉類型是一個(gè)在編譯時(shí)可區(qū)分的類型,同時(shí)第2點(diǎn)的分析
枚舉類型不一定和int類型具有相同的尺寸,這兩個(gè)差異就決定了在某些場(chǎng)合是不可
以使用枚舉類型來(lái)代替int類型的。如:
第一種情況:
enum EType { e1 = 0, e2, e3 };
EType val;
std::cin >> val;
第二種情況:
enum EType { e1 = 0, e2, e3 };
EType val;
std::scanf( "%d", &val );
上面的兩種情況看是基本上屬于同一種類型的問(wèn)題,其實(shí)不然。第一種情況會(huì)導(dǎo)致
編譯時(shí)錯(cuò)誤,會(huì)因?yàn)閟td::cin沒(méi)有定義對(duì)應(yīng)的枚舉類型的重載>>運(yùn)算符而出錯(cuò),這
就說(shuō)明枚舉類型是一種獨(dú)立和鑒別的類型;而第二種情況不會(huì)有任何編譯時(shí)問(wèn)題,
但是可能會(huì)導(dǎo)致scanf函數(shù)棧被破壞而使得程序運(yùn)行非法,為什么會(huì)這樣呢?上面
已經(jīng)分析過(guò)了枚舉類型變量的尺寸不一定和int類型相同,這樣一來(lái)我們采用%d就
是說(shuō)將枚舉類型變量val當(dāng)作4字節(jié)的int變量來(lái)看待并進(jìn)行參數(shù)壓棧,而在某些編
譯器下sizeof( val )等于1字節(jié),這樣scanf函數(shù)就會(huì)將val變量地址中的后續(xù)的三
字節(jié)地址也壓入棧中,并對(duì)其進(jìn)行賦值,也許val變量后續(xù)的三個(gè)字節(jié)的地址沒(méi)有
特殊含義可以被改寫(比如是字節(jié)對(duì)齊的空地址空間),可能會(huì)認(rèn)為他不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)
誤,其實(shí)不然,在scanf函數(shù)調(diào)用結(jié)束后會(huì)進(jìn)行棧清理,這樣一來(lái)會(huì)導(dǎo)致scanf函數(shù)
清理了過(guò)多的地址空間,從而破壞了外圍函數(shù)的棧指針的指向,從而必然會(huì)導(dǎo)致程
序運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。
由上面的說(shuō)明枚舉類型有那么多的缺點(diǎn),那我們?cè)鯓硬拍軌蛴幸粋€(gè)類型安全的枚舉類型
呢?其實(shí)可以采用類類型來(lái)模擬枚舉類型的有限常量集合的概念,同時(shí)得到類型安全的好處,
具體參見(jiàn)后續(xù)的文章。
至從C語(yǔ)言開(kāi)始enum類型就被作為用戶自定義分類有限集合常量的方法被引入到了語(yǔ)言
當(dāng)中,而且一度成為C++中定義編譯期常量的唯一方法(后來(lái)在類中引入了靜態(tài)整型常量)。
根據(jù)上面對(duì)enum類型的描述,到底enum所定義出來(lái)的類型是一個(gè)什么樣的類型呢?作為
一個(gè)用戶自定義的類型其所占用的內(nèi)存空間是多少呢?使用enum類型是否真的能夠起到有限
集合常量的邊界約束呢?大家可能都知道enum類型和int類型具有隱示(自動(dòng))轉(zhuǎn)換的規(guī)則,
那么是否真的在任何地方都可以使用enum類型的變量來(lái)代替int類型的變量呢?下面會(huì)逐一
回答這些問(wèn)題。
1. 到底enum所定義出來(lái)的類型是一個(gè)什么樣的類型呢?
在C++中大家都知道僅僅有兩種大的類型分類:POD類型和類類型(不清楚的可以參
見(jiàn)我的其他文章)。enum所定義的類型其實(shí)屬于POD類型,也就是說(shuō)它會(huì)參與到POD
類型的隱示轉(zhuǎn)換規(guī)則當(dāng)中去,所以才會(huì)出現(xiàn)enum類型與int類型之間的隱示轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。
那么也就是說(shuō)enum所定義的類型不具備名字空間限定能力(因?yàn)椴粚儆陬愵愋停?br> 其所定義的常量子具備和enum類型所在名字空間相同的可見(jiàn)性,由于自身沒(méi)有名字
限定能力,所以會(huì)出現(xiàn)名字沖突現(xiàn)象。如:
struct CEType
{
enum EType1 { e1, e2 };
enum EType2 { e1, e2 };
};
上面的例子會(huì)出現(xiàn)e1、e2名字沖突編譯時(shí)錯(cuò)誤,原因就在于枚舉子(e1、e2)是
CEType名字空間中的名字,同樣在引用該CEType中的枚舉子時(shí)必須采用CEType::e1
這樣的方式進(jìn)行,而不是CEType::EType1::e1來(lái)進(jìn)行引用。
2. 作為一個(gè)用戶自定義的類型其所占用的內(nèi)存空間是多少呢?
該問(wèn)題就是sizeof( EType1 )等于多少的問(wèn)題,是不是每一個(gè)用戶自定義的枚舉類
型都具有相同的尺寸呢?在大多數(shù)的32位編譯器下(如:VC++、gcc等)一個(gè)枚舉類
型的尺寸其實(shí)就是一個(gè)sizeof( int )的大小,難道枚舉類型的尺寸真的就應(yīng)該是int
類型的尺寸嗎?其實(shí)不是這樣的,在C++標(biāo)準(zhǔn)文檔(ISO14882)中并沒(méi)有這樣來(lái)定義,
標(biāo)準(zhǔn)中是這樣說(shuō)明的:“枚舉類型的尺寸是以能夠容納最大枚舉子的值的整數(shù)的尺寸”,
同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中也說(shuō)名了:“枚舉類型中的枚舉子的值必須要能夠用一個(gè)int類型表述”,
也就是說(shuō),枚舉類型的尺寸不能夠超過(guò)int類型的尺寸,但是是不是必須和int類型
具有相同的尺寸呢?上面的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)說(shuō)得很清楚了,只要能夠容納最大的枚舉子的
值的整數(shù)就可以了,那么就是說(shuō)可以是char、short和int。例如:
enum EType1 { e1 = CHAR_MAX };
enum EType2 { e2 = SHRT_MAX };
enum EType3 { e3 = INT_MAX };
上面的三個(gè)枚舉類型分別可以用char、short、int的內(nèi)存空間進(jìn)行表示,也就是:
sizeof( EType1 ) == sizeof( char );
sizeof( EType2 ) == sizeof( short );
sizeof( EType3 ) == sizeof( int );
那為什么在32位的編譯器下都會(huì)將上面三個(gè)枚舉類型的尺寸編譯成int類型的尺寸呢?
主要是從32位數(shù)據(jù)內(nèi)存對(duì)其方面的要求進(jìn)行考慮的,在某些計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境下具有對(duì)
齊的強(qiáng)制性要求(如:sun SPARC),有些則是因?yàn)椴捎靡粋€(gè)完整的32位字長(zhǎng)CPU處理
效率非常高的原因(如:IA32)。所以不可以簡(jiǎn)單的假設(shè)枚舉類型的尺寸就是int類
型的尺寸,說(shuō)不定會(huì)遇到一個(gè)編譯器為了節(jié)約內(nèi)存而采用上面的處理策略。
3. 使用enum類型是否真的能夠起到有限集合常量的邊界約束呢?
首先看一下下面這個(gè)例子:
enum EType { e1 = 0, e2 };
void func1( EType e )
{
if ( e == e1 )
{
// do something
}
// do something because e != e1 must e == e2
}
void func2( EType e )
{
if ( e == e1 )
{
// do something
}
else if ( e == e2 )
{
// do something
}
}
func1( static_cast<EType>( 2 ) );
func2( static_cast<EType>( -1 ) );
上面的代碼應(yīng)該很清楚的說(shuō)明了這樣一種異常的情況了,在使用一個(gè)操出范圍的整
型值調(diào)用func1函數(shù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致函數(shù)采取不該采取的行為,而第二個(gè)函數(shù)可能會(huì)好一些
他僅僅是忽略了超出范圍的值。這就說(shuō)明枚舉所定義的類型并不是一個(gè)真正強(qiáng)類型
的有限常量集合,這樣一種條件下和將上述的兩個(gè)函數(shù)參數(shù)聲明成為整數(shù)類型沒(méi)有
任何差異。所以以后要注意標(biāo)準(zhǔn)定義中枚舉類型的陷阱。(其實(shí)只有類類型才是真
正的強(qiáng)類型)
4. 是否真的在任何地方都可以使用enum類型的變量來(lái)代替int類型的變量呢?
通過(guò)上面的討論,其實(shí)枚舉類型的變量和整型變量具有了太多的一致性和可互換性,
那么是不是在每一個(gè)可以使用int類型的地方都可以很好的用枚舉類型來(lái)替代呢?
其實(shí)也不是這樣的,畢竟枚舉類型是一個(gè)在編譯時(shí)可區(qū)分的類型,同時(shí)第2點(diǎn)的分析
枚舉類型不一定和int類型具有相同的尺寸,這兩個(gè)差異就決定了在某些場(chǎng)合是不可
以使用枚舉類型來(lái)代替int類型的。如:
第一種情況:
enum EType { e1 = 0, e2, e3 };
EType val;
std::cin >> val;
第二種情況:
enum EType { e1 = 0, e2, e3 };
EType val;
std::scanf( "%d", &val );
上面的兩種情況看是基本上屬于同一種類型的問(wèn)題,其實(shí)不然。第一種情況會(huì)導(dǎo)致
編譯時(shí)錯(cuò)誤,會(huì)因?yàn)閟td::cin沒(méi)有定義對(duì)應(yīng)的枚舉類型的重載>>運(yùn)算符而出錯(cuò),這
就說(shuō)明枚舉類型是一種獨(dú)立和鑒別的類型;而第二種情況不會(huì)有任何編譯時(shí)問(wèn)題,
但是可能會(huì)導(dǎo)致scanf函數(shù)棧被破壞而使得程序運(yùn)行非法,為什么會(huì)這樣呢?上面
已經(jīng)分析過(guò)了枚舉類型變量的尺寸不一定和int類型相同,這樣一來(lái)我們采用%d就
是說(shuō)將枚舉類型變量val當(dāng)作4字節(jié)的int變量來(lái)看待并進(jìn)行參數(shù)壓棧,而在某些編
譯器下sizeof( val )等于1字節(jié),這樣scanf函數(shù)就會(huì)將val變量地址中的后續(xù)的三
字節(jié)地址也壓入棧中,并對(duì)其進(jìn)行賦值,也許val變量后續(xù)的三個(gè)字節(jié)的地址沒(méi)有
特殊含義可以被改寫(比如是字節(jié)對(duì)齊的空地址空間),可能會(huì)認(rèn)為他不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)
誤,其實(shí)不然,在scanf函數(shù)調(diào)用結(jié)束后會(huì)進(jìn)行棧清理,這樣一來(lái)會(huì)導(dǎo)致scanf函數(shù)
清理了過(guò)多的地址空間,從而破壞了外圍函數(shù)的棧指針的指向,從而必然會(huì)導(dǎo)致程
序運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。
由上面的說(shuō)明枚舉類型有那么多的缺點(diǎn),那我們?cè)鯓硬拍軌蛴幸粋€(gè)類型安全的枚舉類型
呢?其實(shí)可以采用類類型來(lái)模擬枚舉類型的有限常量集合的概念,同時(shí)得到類型安全的好處,
具體參見(jiàn)后續(xù)的文章。