Enter your search text in the box above

Select a result to preview

Item 10：偏好 scoped enums 而非 unscoped enums (Prefer Scoped Enums to Unscoped Enums)

#cpp #modern-idioms #scoped-enum #concept

Overview Table

面向 unscoped enum（C++98 風格） scoped enum（enum class，C++11）
名稱作用域 列舉子洩漏到 enum 所在的外層 scope 列舉子只在 enum 內可見，需 Color::white 存取
隱含轉換 隱含轉成整數型別（再轉浮點） 無任何隱含轉換，必須 static_cast
預設底層型別 沒有（由編譯器針對每個 enum 挑選） 預設為 int
指定底層型別 可以（enum Color: std::uint8_t） 可以（enum class Status: std::uint32_t）
前向宣告 只有在指定底層型別時才可以 永遠可以
典型優勢情境 std::tuple 欄位索引（隱含轉換反而方便） 幾乎所有其他情境

名稱洩漏：unscoped 汙染外層作用域

C++98 enum 的列舉子屬於包含 enum 的作用域，因此同名衝突直接編譯失敗；scoped enum 把名稱關進大括號裡。

enum Color { black, white, red };   // unscoped：black、white、red
                                    // 與 Color 同屬外層 scope
auto white = false;                 // 錯誤！white 已在此 scope 宣告

enum class Color { black, white, red };   // scoped：名稱限縮在 Color 內
auto white = false;                 // OK，此 scope 沒有別的 white
Color c = white;                    // 錯誤！此 scope 沒有叫 white 的
                                    // 列舉子（white 是上面的 bool）
Color c2 = Color::white;            // OK，加上作用域限定
auto  c3 = Color::white;            // 也 OK（符合 Item 5 用 auto 的建議）
Tip

因為以 enum class 宣告，scoped enum 又常被稱為 enum classes。「減少 namespace 汙染」本身就足以構成偏好它的理由。

強型別：scoped enum 不做隱含轉換

unscoped enum 的列舉子會隱含轉換成整數型別（進而轉成浮點），導致語意荒謬的程式碼照樣合法：

enum Color { black, white, red };                  // unscoped
std::vector<std::size_t> primeFactorssize_t x;

Color c = red;
if (c < 14.5) {                    // 拿 Color 和 double 比較（！）竟然合法
    auto factors = primeFactors(c);  // 對 Color 求質因數（！）也合法
}

改成 scoped enum 後，上述兩行全部變成編譯錯誤；若真的需要轉換，必須明確寫出 cast：

enum class Color { black, white, red };            // scoped
Color c = Color::red;

if (static_cast<double>(c) < 14.5) {               // 怪，但合法
    auto factors =
      primeFactorssize_t>(c);   // 可疑，但能編譯
}

底層型別與前向宣告

每個 enum 都有整數底層型別（underlying type）。C++98 只允許 enum「定義」（列出全部列舉子），讓編譯器得以挑選最省空間的底層型別，代價是無法前向宣告，造成編譯依賴：

C++98 unscoped enum（不能前向宣告）
    Status 定義（header）── 被整個系統 #include
           │  新增一個列舉子（如 audited = 500）
           ▼
    ★ 整個系統全部重新編譯

C++11 scoped enum（可前向宣告）
    header: enum class Status;            // 宣告即可，不含列舉子
    void continueProcessing(Status s);
           │  Status 定義變動
           ▼
    ★ 只有真正用到新列舉子的檔案需要重編

前向宣告可行的關鍵：scoped enum 的底層型別永遠已知（預設 int）；unscoped enum 則必須手動指定底層型別後才能前向宣告。

enum Color;                          // 錯誤！unscoped 不能直接前向宣告
enum class Status;                   // OK，底層型別預設為 int
enum class Status: std::uint32_t;    // 覆寫底層型別（<cstdint>）
enum Color: std::uint8_t;            // OK！指定底層型別後 unscoped 也能前向宣告

enum class Status: std::uint32_t {   // 底層型別也可寫在定義上
  good = 0, failed = 1, incomplete = 100,
  corrupt = 200, audited = 500, indeterminate = 0xFFFFFFFF
};
例外：不要說「只有 scoped enum 能前向宣告」

正確說法是：scoped enum 永遠可前向宣告；unscoped enum 只有在宣告中指定底層型別時才可前向宣告。這是本 Item「Things to Remember」的原句，面試常考反例。

例外情境：std::tuple 欄位索引與 toUType

「一律用 scoped enum」的例外

取用 std::tuple 欄位時，unscoped enum 對 std::size_t 的隱含轉換反而讓程式碼更簡潔——這是原書承認 unscoped enum 仍有用武之地的唯一情境。

using UserInfo = std::tuple<std::string,   // name
                            std::string,   // email
                            std::size_t>;  // reputation

enum UserInfoFields { uiName, uiEmail, uiReputation };   // unscoped
auto val = std::get<uiEmail>(uInfo);       // 隱含轉成 std::size_t，簡潔

enum class UserInfoFields2 { uiName, uiEmail, uiReputation };  // scoped
auto val2 = std::get<static_cast<std::size_t>(          // 冗長許多
               UserInfoFields2::uiEmail)>(uInfo);

想兼得 scoped enum 的安全與簡潔，可寫一個 constexpr 函式模板 toUType：因為 std::get 是模板、需要編譯期的模板引數，所以函式必須是 constexpr（見 Item 15）；回傳型別用 std::underlying_type type trait 取得（見 Item 9）；並宣告 noexcept（見 Item 14）：

template<typename E>                                  // C++14 版本
constexpr std::underlying_type_t<E>
  toUType(E enumerator) noexcept                      // 絕不拋例外
{
  return static_cast<std::underlying_type_t<E>>(enumerator);
}
// C++14 也可用 auto 回傳型別（見 Item 3）；
// C++11 需寫 typename std::underlying_type<E>::type

auto val = std::get<toUTypeuiEmail)>(uInfo;  // 安全又可讀

Exam/Test Patterns

情境關鍵字 答案
C++98 風格 enum 的正式名稱 unscoped enum（列舉子洩漏到外層 scope）
enum class 列舉子的可見範圍 只在 enum 內；外部需 EnumName::enumerator
if (color < 14.5) 能編譯？ unscoped：能（隱含轉換）；scoped：編譯錯誤
scoped enum 轉成整數的唯一方法 cast（如 static_cast<int>(c)）
scoped enum 預設底層型別 int；unscoped enum 沒有預設（編譯器自選）
哪種 enum 永遠可前向宣告 scoped enum；unscoped 需指定底層型別才行
enum 前向宣告的最大好處 降低編譯依賴，改定義不必全系統重編
std::get<> 搭配 enum 索引 unscoped 靠隱含轉換最簡潔；scoped 用 constexpr toUType
toUType 需要哪些關鍵字/工具 constexpr + std::underlying_type_t + noexcept