为什么C++中numeric_limits<enum_type>::max()等于0？

Question

以下是一段看起来似乎能够工作的代码：

#include <cassert>
#include <limits>

enum test { A = 1 };

int main()
{
    int max = std::numeric_limits<test>::max();
    assert(max > 0);
}

但是在Linux上，无论是使用GCC（4.6.2）还是clang（2.9），它都会失败：枚举类型的max（）实际上为零！即使您使用C++11枚举类型限定符明确指定要使用的枚举类型，这种情况仍然如此。

为什么会这样？至于C++11的行为，是否有明确的调用？我在Strongly Typed Enums的N2347文件中找不到任何提及。

- John Zwinck

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你期望这个值是多少？ - James McNellis

is_specialized 的结果是什么？ - RaptorFactor

@RaptorFactor: 不过，这并不是“test”对象可表示的最大值。 “test”对象可表示的最大值为1。 - James McNellis

@JohnZwinck：您可以检查 is_specialized。如果不是真的，则应将所有值视为无意义。 - David Stone

请注意，在C++11中通常不能给出值为1，因为您可以前向声明您的enum。在使用std::numeric_limits时，编译器可能不知道枚举的任何值。 - David Stone

Answer 1

std::numeric_limits在标准库中是专为每种算术类型——包括浮点数和整数，以及bool——进行特化的（§18.3.2.1/2）。

你的枚举类型test不属于这些类型之一，因此使用了基本模板。其行为由§18.3.2.3/1指定：“默认的numeric_limits<T>模板应该具有所有成员，但值为0或false”。

如果你想要了解test的底层类型的特性，可以使用underlying_type：

std::numeric_limits<std::underlying_type<test>::type>::max()

另外，你可以为 test 特化 numeric_limits 并返回你想要的值。然而，这并不是一个特别好的主意。

- James McNellis

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@RobKennedy：这样做最好的情况下会很奇怪，最糟糕的情况下会误导人。你不能一次性为所有枚举类型进行专门化（因为标准库中有枚举类型），所以你必须为每个单独的枚举类型进行专门化。那么，值应该是什么呢？你不能直接推迟到underlying_type，因为底层类型可表示的最大值不一定是枚举类型可表示的最大值（例如，如果test由int表示，则最大的int值可能是2^32-1，但最大的test值是1）。 - James McNellis

为什么有人会想要为所有枚举类型进行一次专门化？通常情况下，人们只对特定的“test”枚举类型感兴趣。这样做没有任何问题，对吧？ - jrok

我不会指望能够依赖底层类型。如果可能的话，我们就不需要首先进行专门化了。进行专门化的人应该知道类型的属性，并相应地实现numeric_limits函数。如果有许多枚举类型，这将是繁琐的，但我不认为这很奇怪。似乎是一种描述枚举属性的统一结构。危险在于让枚举的定义与相应的numeric_limits专业化不同步。 - Rob Kennedy

@jrok：除了它很尴尬且可能会引起误解外？没有，这样做没有任何问题。 - James McNellis

@RobKennedy：如果你想获取有关枚举的特征，请编写一个enum_traits，不要定义主模板，并为单个枚举进行专门化。 - James McNellis

@JamesMcNellis 假设你在这里已经9年了。在模板中，将数字和枚举类型统一处理是有用的场景。 - Spencer

Answer 2

对于模板的非专业版本，max 返回 T()。由于您没有为您的 test 类型编写 numeric_limits 专业化，因此您将获得默认实现。

- Rob Kennedy

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这看起来是正确的。这在哪里有记录？numeric_limits文档中似乎没有提到。 - nh2

查看max文档，@nh2。 - Rob Kennedy

Answer 3

从C++11起草稿：

在18.3.2.1中，关于numeric_limits：

非算术标准类型，比如复数（26.4.2），不应该有专门化。

而枚举类型不是算术标准类型。

因此，在非专门的模板中：

template<class T> class numeric_limits {
    public:
    [...]
    static constexpr bool is_specialized = false;
    static constexpr T max() noexcept { return T(); }
};

那就是，非专用的max()函数会返回该类型的默认初始化值，即0。

- rodrigo

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枚举确实不是算术标准类型，但这并不意味着它不是非算术标准类型。它根本就不是任何一种标准类型。 - Rob Kennedy

@RobKennedy - 哦！你说得对！在这种情况下，那段话毫无意义。但这并不改变主要观点：numeric_limits没有为枚举类型进行专门化处理。 - rodrigo

Answer 4

numeric_limits<T>是一个常规的类模板，它与编译器没有任何特殊的连接方式来了解用户定义的enum类型。如果您查看<limits>文件，它具有返回所有内容为零的默认模板定义，并且有一堆针对各个类型的特定类型的规范，返回正确的常量。

您可以通过自己提供numeric_limits<test>的规范来将您的enum“插入”到numeric_limits中。您可以从<limits>中复制int的规范，并进行修改以适应您的需求。

- Sergey Kalinichenko