检查C++11枚举类的总顺序(如何实现operator<)

Question

通常，在编写简单的状态机时，您有一个总顺序，如：

State {
  initial,
  connecting,
  established,
  ready,
  closed,
  failed
}

您可以很容易地测试给定值的等效性：

if (state == State::established)

但是如果你的状态已经准备好了--这个测试会失败，即使准备好意味着已经建立起来了？另一种选择是添加另一个子句，但是随着列表的延长，或者需求的改变，这可能会变得更长。

if (state == State::established || state == State::ready || ...)

使用C样式枚举，您甚至可以通过转换为整数来确定相对顺序：

if (state > State::established && state <= State::closed)

但是，如果您想要享受类型安全枚举类，除了添加operator<之外，您似乎运气不佳。这个是可能的吗？

Answer 1

如您所知，作用域枚举提供类型安全性，因为它们不能隐式转换为整数。

但是，没有什么可以阻止您将枚举转换为整数：

if ((int)state > (int)State::established && (int)state <= (int)State::closed)

您可以使用static_cast的C样式强制转换。

Answer 2

我倾向于将我需要的操作符定义为内联函数，并根据需要使用static_cast来获得要比较的值：

enum class MyEnum : unsigned { ALPHA, BETA, DELTA, EPSILON };
inline bool operator<(MyEnum a, MyEnum b)  { return static_cast<unsigned>(a) < static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator>(MyEnum a, MyEnum b)  { return static_cast<unsigned>(a) > static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator<=(MyEnum a, MyEnum b) { return static_cast<unsigned>(a) <= static_cast<unsigned>(b); }
inline bool operator>=(MyEnum a, MyEnum b) { return static_cast<unsigned>(a) >= static_cast<unsigned>(b); }

(注意:在C++20中，这会变得更简单，因为您只需定义一个操作符"<=>“操作符，然后自动生成其他操作符)。

在需要执行更复杂技巧的情况下，可以使用静态std::unordered_map将值(或值对)映射到所需的任何值：

#include <unordered_map>

const std::string& getName(MyEnum e)
{
   static const std::string UNKNOWN = "???";
   static const std::unordered_map<MyEnum, std::string> NAMES = {
      {MyEnum::ALPHA,   "ALPHA"},
      {MyEnum::BETA,    "BETA"},
      {MyEnum::DELTA,   "DELTA"},
      {MyEnum::EPSILON, "EPSILON"},
   };
   const auto it = NAMES.find(e);
   return ((it != NAMES.end()) ? it->second : UNKNOWN);
}

Answer 3

人们可能会认为这是一个有缺陷的请求，因为对枚举值进行总体排序是一个历史性的实现方法意外，或者状态机很少是线性的(失败意味着关闭，但失败并不一定意味着连接已经准备好)。

然而，我发现它经常出现，直到您转移到更复杂的东西(或者您的状态机增长)为止。我想出了以下解决方案，它不需要将枚举转换为整数值。

bool has_reached(State current, State condition)
{
    bool reached = false;
    switch (condition)
    {
    case State::initial:     reached |= current == State::initial;
    case State::connecting:  reached |= current == State::connecting;
    case State::established: reached |= current == State::established;
    case State::ready:       reached |= current == State::ready;
    case State::closed:      reached |= current == State::closed;
    case State::failed:      reached |= current == State::failed;
    };
    return reached;
}

用途如下：

if (has_reached(state, State::established)) // State::ready returns true

在现代系统中，它应该是快速的，并且很难出错--只要你不把申报的命令和转换的命令混淆在一起。