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
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;
其他回答
“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。
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;
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。
目前还没有语言支持枚举标志，如果它将成为c++标准的一部分，元类可能会固有地添加这个特性。
我的解决方案是创建仅枚举实例化的模板函数，为枚举类使用其底层类型添加类型安全的按位操作支持:
文件:EnumClassBitwise.h
#pragma once
#ifndef _ENUM_CLASS_BITWISE_H_
#define _ENUM_CLASS_BITWISE_H_
#include <type_traits>
//unary ~operator
template <typename Enum, typename std::enable_if_t<std::is_enum<Enum>::value, int> = 0>
constexpr inline Enum& operator~ (Enum& val)
{
val = static_cast<Enum>(~static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(val));
return val;
}
// & operator
template <typename Enum, typename std::enable_if_t<std::is_enum<Enum>::value, int> = 0>
constexpr inline Enum operator& (Enum lhs, Enum rhs)
{
return static_cast<Enum>(static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(lhs) & static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(rhs));
}
// &= operator
template <typename Enum, typename std::enable_if_t<std::is_enum<Enum>::value, int> = 0>
constexpr inline Enum operator&= (Enum& lhs, Enum rhs)
{
lhs = static_cast<Enum>(static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(lhs) & static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(rhs));
return lhs;
}
//| operator
template <typename Enum, typename std::enable_if_t<std::is_enum<Enum>::value, int> = 0>
constexpr inline Enum operator| (Enum lhs, Enum rhs)
{
return static_cast<Enum>(static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(lhs) | static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(rhs));
}
//|= operator
template <typename Enum, typename std::enable_if_t<std::is_enum<Enum>::value, int> = 0>
constexpr inline Enum& operator|= (Enum& lhs, Enum rhs)
{
lhs = static_cast<Enum>(static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(lhs) | static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(rhs));
return lhs;
}
#endif // _ENUM_CLASS_BITWISE_H_
为了方便和减少错误，你可能想要包装你的枚举和整数的位标志操作:
文件:BitFlags.h
#pragma once
#ifndef _BIT_FLAGS_H_
#define _BIT_FLAGS_H_
#include "EnumClassBitwise.h"
template<typename T>
class BitFlags
{
public:
constexpr inline BitFlags() = default;
constexpr inline BitFlags(T value) { mValue = value; }
constexpr inline BitFlags operator| (T rhs) const { return mValue | rhs; }
constexpr inline BitFlags operator& (T rhs) const { return mValue & rhs; }
constexpr inline BitFlags operator~ () const { return ~mValue; }
constexpr inline operator T() const { return mValue; }
constexpr inline BitFlags& operator|=(T rhs) { mValue |= rhs; return *this; }
constexpr inline BitFlags& operator&=(T rhs) { mValue &= rhs; return *this; }
constexpr inline bool test(T rhs) const { return (mValue & rhs) == rhs; }
constexpr inline void set(T rhs) { mValue |= rhs; }
constexpr inline void clear(T rhs) { mValue &= ~rhs; }
private:
T mValue;
};
#endif //#define _BIT_FLAGS_H_
可能的用法:
#include <cstdint>
#include <BitFlags.h>
void main()
{
enum class Options : uint32_t
{
NoOption = 0 << 0
, Option1 = 1 << 0
, Option2 = 1 << 1
, Option3 = 1 << 2
, Option4 = 1 << 3
};
const uint32_t Option1 = 1 << 0;
const uint32_t Option2 = 1 << 1;
const uint32_t Option3 = 1 << 2;
const uint32_t Option4 = 1 << 3;
//Enum BitFlags
BitFlags<Options> optionsEnum(Options::NoOption);
optionsEnum.set(Options::Option1 | Options::Option3);
//Standard integer BitFlags
BitFlags<uint32_t> optionsUint32(0);
optionsUint32.set(Option1 | Option3);
return 0;
}
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。
