在c#中,通过[flags]属性将枚举视为标志,但在c++中实现这一点的最佳方法是什么?

例如,我想写:

enum AnimalFlags
{
    HasClaws = 1,
    CanFly =2,
    EatsFish = 4,
    Endangered = 8
};

seahawk.flags = CanFly | EatsFish | Endangered;

然而,我得到编译器错误关于int/enum转换。除了生硬的角色转换,还有更好的表达方式吗?最好,我不想依赖第三方库(如boost或Qt)的构造。

编辑:如答案中所示,我可以通过声明seahawk来避免编译器错误。标记为int。但是,我希望有某种机制来执行类型安全,这样就不能编写seahawk了。flags = HasMaximizeButton。


当前回答

c++ 20类型安全Enum操作符

博士TL;

template<typename T>
requires std::is_enum_v<T> and
         requires (std::underlying_type_t<T> x) {
             { x | x } -> std::same_as<std::underlying_type_t<T>>;
             T(x);
         }
T operator|(T left, T right)
{
    using U = std::underlying_type_t<T>;
    return T( U(left) | U(right) );
}

template<typename T>
requires std::is_enum_v<T> and
         requires (std::underlying_type_t<T> x) {
             { x | x } -> std::same_as<std::underlying_type_t<T>>;
             T(x);
         }
T operator&(T left, T right)
{
    using U = std::underlying_type_t<T>;
    return T( U(left) & U(right) );
}

template<typename T>
requires std::is_enum_v<T> and requires (T x) { { x | x } -> std::same_as<T>; }
T & operator|=(T &left, T right)
{
    return left = left | right;
}

template<typename T>
requires std::is_enum_v<T> and requires (T x) { { x & x } -> std::same_as<T>; }
T & operator&=(T &left, T right)
{
    return left = left & right;
}

基本原理

使用类型特征std::is_enum,我们可以测试一些类型T是否为枚举类型。 这包括无作用域和有作用域的枚举(即enum和enum类)。 使用类型trait std::underlying_type,我们可以得到枚举的底层类型。 使用c++ 20的概念和约束,很容易为按位操作提供重载。

有作用域和无作用域

如果操作只应该重载有作用域或无作用域的枚举,std::is_scoped_enum可以用于相应地扩展模板约束。

c++ 23

在c++ 23中,我们使用std::to_underlying来更容易地将枚举值转换为其底层类型。

移动语义和完善转发

如果你遇到了一种奇怪的情况,即你的底层类型对于copy和move有不同的语义,或者它不提供复制c'tor,那么你应该使用std::forward对操作数进行完美的转发。

其他回答

我发现自己也在问同样的问题,并提出了一个基于c++ 11的通用解决方案,类似于soru的方案:

template <typename TENUM>
class FlagSet {

private:
    using TUNDER = typename std::underlying_type<TENUM>::type;
    std::bitset<std::numeric_limits<TUNDER>::max()> m_flags;

public:
    FlagSet() = default;

    template <typename... ARGS>
    FlagSet(TENUM f, ARGS... args) : FlagSet(args...)
    {   
        set(f);
    }   
    FlagSet& set(TENUM f)
    {   
        m_flags.set(static_cast<TUNDER>(f));
        return *this;
    }   
    bool test(TENUM f)
    {   
        return m_flags.test(static_cast<TUNDER>(f));
    }   
    FlagSet& operator|=(TENUM f)
    {   
        return set(f);
    }   
};

界面可以根据口味进行改进。那么它可以这样使用:

FlagSet<Flags> flags{Flags::FLAG_A, Flags::FLAG_C};
flags |= Flags::FLAG_D;

注意(也有点离题):另一种制作唯一标志的方法可以使用位移位。我自己觉得这更容易理解。

enum Flags
{
    A = 1 << 0, // binary 0001
    B = 1 << 1, // binary 0010
    C = 1 << 2, // binary 0100
    D = 1 << 3  // binary 1000
};

它可以保存不超过int的值,也就是说,大多数情况下,32个标志清楚地反映在移位量中。

另一个宏解决方案,但与现有的答案不同,它没有使用reinterpret_cast(或C-cast)在enum&t和Int&之间进行强制转换,这在标准c++中是禁止的(参见本文)。

#define MAKE_FLAGS_ENUM(TEnum, TUnder)                                                                                             \
TEnum  operator~  ( TEnum  a          ) { return static_cast<TEnum> (~static_cast<TUnder> (a)                           ); }  \
TEnum  operator|  ( TEnum  a, TEnum b ) { return static_cast<TEnum> ( static_cast<TUnder> (a) |  static_cast<TUnder>(b) ); }  \
TEnum  operator&  ( TEnum  a, TEnum b ) { return static_cast<TEnum> ( static_cast<TUnder> (a) &  static_cast<TUnder>(b) ); }  \
TEnum  operator^  ( TEnum  a, TEnum b ) { return static_cast<TEnum> ( static_cast<TUnder> (a) ^  static_cast<TUnder>(b) ); }  \
TEnum& operator|= ( TEnum& a, TEnum b ) { a = static_cast<TEnum>(static_cast<TUnder>(a) | static_cast<TUnder>(b) ); return a; }  \
TEnum& operator&= ( TEnum& a, TEnum b ) { a = static_cast<TEnum>(static_cast<TUnder>(a) & static_cast<TUnder>(b) ); return a; }  \
TEnum& operator^= ( TEnum& a, TEnum b ) { a = static_cast<TEnum>(static_cast<TUnder>(a) ^ static_cast<TUnder>(b) ); return a; }

失去reinterpret_cast意味着我们不能再依赖x |= y语法,但是通过将这些扩展为x = x | y形式,我们就不再需要它了。

注意:你可以使用std::underlying_type来获取TUnder,为了简洁,我没有包括它。

注意,如果你在Windows环境中工作,在winnt.h中定义了一个DEFINE_ENUM_FLAG_OPERATORS宏来为你做这项工作。在这种情况下,你可以这样做:

enum AnimalFlags
{
    HasClaws = 1,
    CanFly =2,
    EatsFish = 4,
    Endangered = 8
};
DEFINE_ENUM_FLAG_OPERATORS(AnimalFlags)

seahawk.flags = CanFly | EatsFish | Endangered;

“正确”的方法是为枚举定义位操作符,如下所示:

enum AnimalFlags
{
    HasClaws   = 1,
    CanFly     = 2,
    EatsFish   = 4,
    Endangered = 8
};

inline AnimalFlags operator|(AnimalFlags a, AnimalFlags b)
{
    return static_cast<AnimalFlags>(static_cast<int>(a) | static_cast<int>(b));
}

等等,其余的位操作符。如果枚举范围超过int range,则根据需要修改。