C语言中枚举类型的溢出问题？

Question

如果我有一个枚举类型，比如： enum week {sunday=0, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday}; 我还有：

enum week day;
day = saturday;
day++;

day的值将会是什么？

- jnd

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这似乎是你可以通过在两秒钟内检查编译器来解决的问题 printf("%d\n", ++(day = saturday));。当然，如果你必须问，那么你可能不应该将它放入程序中，因为每次阅读它时都保证看起来像一个错误。 - Parthian Shot

它能编译和执行并不保证其行为是被定义的，尽管如此，我认为你贴出的代码将会 始终 打印7，但我更愿意看到规范中的描述。 - fzzfzzfzz

大致相关：https://dev59.com/5m_Xa4cB1Zd3GeqP0mm1 - alk

在使用枚举时，最好的做法是只将已声明的名称分配给枚举实例。因此，++、--、2等都是不良的编程习惯，不应该使用。 - user3629249

Answer 1

一个枚举类型本质上是一个命名的整数值。该枚举类型与能够表示所有命名值的基础整数类型相关联。该基础整数类型必须能够表示所有唯一的命名值，但其实际类型是由实现定义的。

在这种情况下，`saturday` 的数字值将为 `6`。将其递增将给出数字值 `7`。在实践中，这不太可能溢出基础整数类型（`int`、`char`、`unsigned char` 或编译器选择的其他类型），因此使用 `%d` 格式打印该值将打印 `7`。

然而，没有类型为 `enum week` 且值为 `7` 的枚举（命名）值。

如果递增枚举值会导致基础整数类型溢出（这里不是这种情况），则结果未定义。这是因为基础整数类型可以是有符号或无符号的，并且溢出有符号整数类型会产生未定义行为。

理论上，编译器可能会为 `enum week` 使用一个基础类型，该类型仅能表示值 `0` 到 `6` - 在这种情况下，递增 `saturday` 将产生未定义行为。在实践中，据我所知，还没有任何 C 编译器选择基础类型为标准整数类型（`char`、`int`、`unsigned char`、`unsigned` 等）之外的类型。所有这些类型都可以表示数字值 `7`。

- Peter

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@MarkRansom：标准确实防止了这样的调试模式，或者至少规定它是不符合要求的。day++之后day的值是7。符合规范的实现可以自由地发出编译时警告（关于任何事情），但是除了将值7存储在day中之外，在运行时不能做任何其他操作。当然，为了施加其他检查，编译器可以提供不符合标准的模式。 - Keith Thompson

@MarkRansom：我相信我的回答是符合要求的。如果不是，我错过了什么？（我刚刚添加了一个新的最后一段。） - Keith Thompson

@MarkRansom：int n = 6; n++; -- 我认为我们可以达成一致，即符合规范的实现不允许在 n 中存储除 7 以外的任何值。enum week day = saturday; day ++; -- 由于 enum day 与某些实现定义的整数类型兼容，并且任何实现选择的类型都必须能够存储值 7，因此符合规范的实现 必须 在 day 中存储值 7。您在标准中看到了允许它执行其他操作的内容吗？ - Keith Thompson

@Peter：我不认为我是这样的。例如，正好有256个成员的枚举类型可能由“unsigned char”支持，并且只能表示这256个值（假设“CHAR_BIT==8”）。但是，能够表示“6”的整数类型必须能够表示“7”，因为需要纯二进制表示。 - Keith Thompson

@Peter C99 6.2.6.2（太长了不方便在此贴出）规定，能够表示6的任何类型也必须能够表示7。 - martinkunev

Answer 2

给定：

enum week {
    sunday=0, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday
};
enum week day = saturday;
day ++;

day的值为7。

引用2011年ISO C标准6.7.2.2第1段：

每个枚举类型都应与char、有符号整数类型或无符号整数类型兼容。类型的选择是实现定义的，但应能表示枚举所有成员的值。

_Bool是一种无符号整数类型，但它不满足这个特定枚举类型的要求。

由于CHAR_BIT的值至少为8，并且要求类型char、unsigned char和signed char没有填充位，因此每种字符类型的范围必须至少涵盖0到127。更宽的整数类型(short，int等)的范围至少与signed char或unsigned char相同。因此，与enum week兼容的实现定义类型的下限不得大于0，上限不得小于127。

（警告：下面进入语言解释阶段）可能存在一种漏洞，允许使用比 _Bool 更宽但比 char 更窄的扩展整数类型。例如，我认为大小为8位但只有3个值位的扩展整数类型是合法的。但由于整数类型必须使用二进制表示，具有3个值位的无符号类型将能够表示从0到7的值，而具有2个值位的无符号类型将无法表示saturday的值。由于enum week可以保存值6，因此它也必须能够保存值7。在一个不寻常的实现中，它可能无法表示值8，但你不太可能遇到这样的实现。

基本上，鉴于整数类型必须使用纯二进制表示，任何能够表示6的类型也能够表示7，尽管它并不自动表示也能表示8。

- Keith Thompson

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一个自定义类型，它只有5个值位可以表示3个值（0，1，2），为什么会被禁止？ - Lover of Structure

关于这一点，我刚刚更新了我的问题不同枚举类型之间的范围和可转换性。如果您有机会看一下，那就太好了。 - Lover of Structure

更正之前的评论，修复了一个打字错误。@LoverofStructure 如果一个整数类型有5个值位，那么它至少可以表示32个不同的值。如果是无符号的，这些值就是0..31。如果是有符号的，它可以表示所有这些值加上31或32个负值（符号位不是值位）。请参见N1570第6.2.5.2段第1句。根据填充位的值可能会有陷阱表示，但对于每个值0..31，都有一组值和填充位的组合来表示该值。 - Keith Thompson

Answer 3

我只能找到C89规范的草案，并且我不是C专家，所以我可能会误解它。但是它的3.5.2.2部分说：

枚举列表中的标识符被声明为具有int类型的常量，并且可以出现在允许这样做的任何地方。[...]每个枚举类型都应与整数类型兼容。

我认为这意味着day++将始终产生7（比saturday表示的值多一）。

- fzzfzzfzz