如何在C语言中模拟强类型枚举？

Question

在C++03中，可以通过将强类型枚举放入类（或命名空间）中来模拟强类型枚举。

struct MyEnum
{
  enum enumName
  {
    VALUE_1 = 1,
    VALUE_2,
  };
};

并且要使用它：

MyEnum::enumName v = MyEnum::VALUE_1;

在C语言中是否有类似的方法？如果有，该如何实现？

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我尝试了这样做，但当然不起作用：

struct A
{
  enum aa
  {
    V1 = 5
  };
};

int main()
{
  A::aa a1 = A::V1;
  enum A::aa a2 = A::V1;
  struct A::aa a3 = A::V1;

  return 0;
}

- BЈовић

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在C语言中没有命名空间和类，因此您无法... - tuxtimo

@Morwenn 的 C99 解决方案很好。 - BЈовић

@AJG85：C结构体怎么能够足够好地满足OP的需求呢？你能给出答案吗？--我认为不能，没有作用域运算符，你怎么访问结构体内枚举类型的值呢？（你无法）而且枚举值将被推送到公共标识符空间，这显然不符合问题的强类型部分--这实际上是问题所在。对于这个特定目的，C结构体与C++结构体完全不同，因为它们不定义枚举的作用域。 - David Rodríguez - dribeas

@RichardJ.RossIII 当然可以。即使有警告，你仍然可以编译。 - BЈовић

@tuxtimo：实际上，C语言为标识符提供了四个不同的命名空间。其中一个用于标签，一个用于结构体、联合体和枚举类型标记，一个用于结构体和联合体成员，最后一个用于所有其他标识符，包括枚举常量。 - John Bode

Answer 1

这是我的解决方案。相对于 @Eric 的设计，它有以下优点：

• 支持相等性测试（例如，A_VALUE_0 == value）
• 不依赖于 C99 的复合字面量
• 可以转换为将不当的值分配给枚举。

缺点:

• 标志不起作用（例如，A_VALUE_0 | A_VALUE_1）
• 不能使用 switch
• 在测试相等性时，可能会让 IDE 混淆错误行在哪里（例如，A_VALUE_0 == B_VALUE_1）

注释：

• 绝对不要解引用此类型的指针。会比兰博基尼更快地导致崩溃

以下是实现代码（使用 -Werror 和 -pedantic 编译）：

typedef struct A { char empty[1]; } *A; // we use 'empty' so that we don't get a warning that empty structs are a GNU extension
#define A_VALUE_0 ((A) 0x1)
#define A_VALUE_1 ((A) 0x2)
#define A_VALUE_2 ((A) 0x4)

typedef struct B { char empty[1]; } *B;

#define B_VALUE_0 ((B) 0x0)
#define B_VALUE_1 ((B) 0x1)
#define B_VALUE_2 ((B) 0x2)

int main()
{
    A a = A_VALUE_0;

    int equal = (a == A_VALUE_1); // works!
    int euqal = (a == B_VALUE_1) // doesn't work

    A flags = A_VALUE_0 | A_VALUE_1; // doesn't work!

    switch (a) { // doesn't work
        case A_VALUE_0:
            puts("value 0");
            break;
        case A_VALUE_1:
            puts("value 1");
            break;
        case A_VALUE_2:
            puts("value 2");
            break;
        default:
            puts("unknown value");
            break;
    } // doesn't work

    // casting works for assignment:
    A b = (A) (B_VALUE_2);

    return 0;
}

- Richard J. Ross III

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+1，一些评论：我仍然会选择在基础上使用“枚举”来声明值。如果添加值，则更容易维护。为了避免一些旧编译器的整数到指针警告，您应该通过uintptr_t进行操作，类似于((B)(uintptr_t) 0x2)。要声明对“struct”的指针，您甚至不必声明结构本身，“typedef struct spooky_struct* A”就足够了。 - Jens Gustedt

这种方法依赖于一种合作实现定义的行为：“整数可以转换为任何指针类型。...结果是实现定义的，可能不正确对齐，可能不指向所引用类型的实体，并且可能是陷阱表示。” C17dr § 6.3.2.3 5 在边缘编码。 - chux - Reinstate Monica

Answer 2

你可以这样做：

// Declare A to use for an enumeration, and declare some values for it.
typedef struct { int i; } A;
#define A0  ((A) { 0 })
#define A1  ((A) { 1 })

// Declare B to use for an enumeration, and declare some values for it.
typedef struct { int i; } B;
#define B0  ((B) { 0 })
#define B1  ((B) { 1 })


void foo(void)
{
    // Initialize A.
    A a = A0;

    // Assign to A.
    a = A1;

    // Assign a value from B to A.
    a = B0; // Gets an error.
}

这样做可以让你有一些输入，但根据你想要执行的枚举和其值的其他操作而定，这可能会很麻烦。

- Eric Postpischil

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该任务使用了C99的一个特性（复合字面量），但其余部分也适用于C89。 - rwos

@Shahbaz，这对我来说使用gcc -ansi（使用gcc 4.1.2）是有效的。 - Eric Finn

@rwos，啊是的。我现在记得了，在我的某些代码中我不能编写它，因为我正在使用g++编译器，而不是C11。我的错。 - Shahbaz

问题在于测试相等性不起作用，即A a = A0; A b = A0; bool foo = (a == b);会编译错误。此外，无法在switch语句中使用类型为A的变量。 - JeremyP

gcc -std=c99 来拯救。 - R. Martinho Fernandes

Answer 3

由于C语言不支持命名空间，你可以使用前缀来代替。

enum MyEnum {
    MyEnumA = 1,
    MyEnumB,
    MyEnumC
};

enum OtherEnum {
    OtherEnumA = 1,
    OtherEnumB
};

然后，在变量声明中为了简洁起见，您可以像这样为枚举类型声明类型：

typedef enum MyEnum MyEnum;
typedef enum OtherEnum OtherEnum;

如果你不想允许将OtherEnumB隐式转换为MyEnum类型，Clang提供了-Wenum-conversion标志（不幸的是，我认为GCC没有类似的标志）。

/tmp/test.c:24:20: warning: implicit conversion from enumeration type 'enum OtherEnum' to different enumeration type 'MyEnum' (aka 'enum MyEnum') [-Wenum-conversion]
    MyEnum value = OtherEnumB;
           ~~~~~   ^~~~~~~~~~
1 warning generated.

这种方法的优点是简单易懂，并且可以很好地配合您（至少是我的）集成开发环境的自动完成功能。

- Nicolas Bachschmidt

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我知道现在已经过去了3年，所以如果没有回复也不用担心。你当时是使用g++吗？我用gcc就无法使其正常工作。我尝试了4.6和4.7版本，并且还添加了-Wextra、-Wall和-Wenum-compare参数。 - domen

我使用了Clang编译器，我认为GCC在enum类型之间的隐式转换时也会发出警告，但我可能是错误的。看起来当使用-Wenum-compare选项进行比较时，GCC只会发出警告。 - Nicolas Bachschmidt

啊，好的。使用clang时它按照你描述的方式工作。我也尝试了一个更近期的gcc，但仍然没有警告。也有一些错误报告和讨论，但似乎gcc开发人员对现状感到满意，因为“标准规定所有这些都是有效的”。 - domen