c++ - 枚举类运算符的实现

Question

在讨论了“枚举类”的递增和递减</a>之后，我想问一下enum class类型的算术运算符的可能实现。

原始问题的示例：

enum class Colors { Black, Blue, White, END_OF_LIST };

// Special behavior for ++Colors
Colors& operator++( Colors &c ) {
  c = static_cast<Colors>( static_cast<int>(c) + 1 );
  if ( c == Colors::END_OF_LIST )
    c = Colors::Black;
  return c;
}

有没有办法实现算术运算符而不强制转换为已定义运算符的类型？我想不出来，但选角让我很困扰。演员表通常表明有问题，并且必须有一个很好的理由来使用它们。我希望该语言允许在不强制使用特定类型的情况下实现运算符的实现。

2018 年 12 月更新：一篇关于 C++17 的论文似乎通过允许枚举类变量和基础类型之间的转换至少部分解决了这个问题：http ://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/文档/论文/2016/p0138r2.pdf

Answer 1

无强制转换的解决方案是使用 switch。但是，您可以使用模板生成伪开关。原理是使用模板列表（或参数包）递归处理枚举的所有值。所以，这是我找到的3种方法。

测试枚举：

enum class Fruit
{
    apple,
    banana,
    orange,
    pineapple,
    lemon
};

香草开关（住在这里）：

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    switch(f)
    {
        case Fruit::apple:     return f = Fruit::banana;
        case Fruit::banana:    return f = Fruit::orange;
        case Fruit::orange:    return f = Fruit::pineapple;
        case Fruit::pineapple: return f = Fruit::lemon;
        case Fruit::lemon:     return f = Fruit::apple;
    }
}

C++03-ish 方法（住在这里）：

template<typename E, E v>
struct EnumValue
{
    static const E value = v;
};

template<typename h, typename t>
struct StaticList
{
    typedef h head;
    typedef t tail;
};

template<typename list, typename first>
struct CyclicHead
{
    typedef typename list::head item;
};

template<typename first>
struct CyclicHead<void,first>
{
    typedef first item;
};

template<typename E, typename list, typename first = typename list::head>
struct Advance
{
    typedef typename list::head lh;
    typedef typename list::tail lt;
    typedef typename CyclicHead<lt, first>::item next;

    static void advance(E& value)
    {
        if(value == lh::value)
            value = next::value;
        else
            Advance<E, typename list::tail, first>::advance(value);
    }
};

template<typename E, typename f>
struct Advance<E,void,f>
{
    static void advance(E& value)
    {
    }
};

/// Scalable way, C++03-ish
typedef StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::apple>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::banana>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::orange>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::pineapple>,
        StaticList<EnumValue<Fruit,Fruit::lemon>,
        void
> > > > > Fruit_values;

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    Advance<Fruit, Fruit_values>::advance(f);
    return f;
}

C++11-ish 方法（住在这里）：

template<typename E, E first, E head>
void advanceEnum(E& v)
{
    if(v == head)
        v = first;
}

template<typename E, E first, E head, E next, E... tail>
void advanceEnum(E& v)
{
    if(v == head)
        v = next;
    else
        advanceEnum<E,first,next,tail...>(v);
}

template<typename E, E first, E... values>
struct EnumValues
{
    static void advance(E& v)
    {
        advanceEnum<E, first, first, values...>(v);
    }
};

/// Scalable way, C++11-ish
typedef EnumValues<Fruit,
        Fruit::apple,
        Fruit::banana,
        Fruit::orange,
        Fruit::pineapple,
        Fruit::lemon
> Fruit_values11;

Fruit& operator++(Fruit& f)
{
    Fruit_values11::advance(f);
    return f;
}

（C++11-ish 旧版本）

您可以通过添加一些预处理器来扩展以消除重复值列表的需要。

Answer 2

C++ 中的每个枚举运算符都可以在不强制转换为基础类型的情况下编写，但结果会非常冗长。

举个例子：

size_t index( Colors c ) {
  switch(c) {
    case Colors::Black: return 0;
    case Colors::Blue: return 1;
    case Colors::White: return 2;
  }
}
Color indexd_color( size_t n ) {
  switch(n%3) {
    case 0: return Colors::Black;
    case 1: return Colors::Blue;
    case 2: return Colors::White;
  }
}
Colors increment( Colors c, size_t n = 1 ) {
  return indexed_color( index(c) + n );
}
Colors decrement( Colors c, size_t n = 1 ) {
  return indexed_color( index(c)+3 - (n%3) );
}
Colors& operator++( Colors& c ) {
  c = increment(c)
  return c;
}
Colors operator++( Colors& c, bool ) {
  Colors retval = c;
  c = increment(c)
  return retval;
}

并且智能编译器将能够将这些转换为直接在基本整数类型上的操作。

但是在您的接口中enum class转换为基本整数类型并不是一件坏事。运算符是您的enum class.

如果你不喜欢这个循环size_t并认为它是一个假演员，你可以写：

Colors increment( Colors c ) {
  switch(c) {
    case Colors::Black: return Colors::Blue;
    case Colors::Blue: return Colors::White;
    case Colors::White: return Colors::Black;
  }
}

和类似的递减，并实现递增n循环作为重复的循环increment。

Answer 3

enum class Colors { Black, Blue, White };

Colors operator++(Colors& color)
{
    color = (color == Colors::White) ? Colors::Black : Colors(int(color) + 1);
    return color;
}

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