C++ std::is_scoped_enum_v 函数

在 C++ 中，一组枚举的整型常量定义被称作枚举 (enums)。使用枚举可以使代码更易于理解，因为枚举以一种可读且有意义的方式来表示一组相关的数值，例如星期几和方向（北、南、东、西）。C++ 中枚举的目的是通过去除魔术数字或任何类型的整数值，并用代码可读的名称替换它们，来强制代码的清晰度和可维护性。

在 C++11 之前，C++ 只支持现在称为非作用域枚举的内容。尽管功能齐全，但 C++11 中的作用域枚举解决了枚举中最棘手的问题：类型安全和名称冲突。在学习现代 C++ 编程时，理解这两种类型的枚举至关重要，无论是在类型安全的还是复杂的应用程序中。

非作用域枚举 (C++11 之前)

• 在 C++ 中找到的熟悉的枚举，是通过指定关键字 enum、枚举的名称（enum 名称）、一个可选的初始化器（包含逗号分隔的枚举值）来声明非作用域枚举的，最后用一对花括号括起一组枚举值。下面是一个非作用域枚举的简单例子。

• 在此示例中，Red、Green 和 Blue 是自动映射到整数常量的枚举值。这是因为第一个（Red）默认值为 0，而其余的枚举值将按顺序取下一个整数。因此，Green 为 1，Blue 为 2。非作用域枚举中的枚举值实际上是整数值，因此可以与整数互换使用，需要使用用户定义的转换在枚举和整数之间进行转换。例如：

不幸的是，这种隐式转换可能导致程序行为不清晰。例如，如果在算术运算中使用非作用域枚举，或将参数传递给接受整数选项的函数，那么我们会得到许多难以识别的错误。此外，这些值直接放入了封闭的命名空间，这会导致潜在的名称冲突，如果两个枚举使用相同的名称来表示值。这使得一个枚举的枚举值可能侵占同一个命名空间中已声明的另一个变量或枚举。

作用域枚举 (C++11 及更高版本)

因此，C++11 引入了 enum class，它支持作用域枚举的声明。非作用域枚举已知会导致多个问题，而作用域枚举提供了更高的类型安全性并解决了其中大部分问题。下面是一个作用域枚举的例子。

什么是 std::is_scoped_enum_v？

• 随着 C++ 的增强，开发者认识到需要一系列类型特征来实现类型自省。其中一个特征是在 C++23 中引入的 std::is_scoped_enum_v。这种类型的特征允许程序员验证提供的类型是否是作用域枚举（enum class）。它简化了实现检查以确定枚举的作用域的方法，消除了根据目标类型是作用域枚举还是非作用域枚举来实现额外代码的需要。
• std::is_scoped_enum_v 来自 <type_traits> 头文件，它是一个布尔值，如果提供的类型是作用域枚举，则为 true，否则为 false。它专门在编译时工作，这意味着在程序运行时没有额外的开销。

语法

语法很简单：

其中表达式 T 代表正在检查的类型，当 T 是作用域枚举时，表达式等于 true；否则等于 false。

为什么 std::is_scoped_enum_v 很重要？

由于类型安全性在丰富的模板代码中很重要，因此能够区分作用域枚举类型和非作用域枚举类型通常很有价值。例如，在处理用户定义类型的模板函数或类中，您可能希望以不同于其他类型的方式处理作用域枚举。std::is_scoped_enum_v 允许您根据作为参数传递的类型，有条件地决定函数或类的行为。

此特征尤其在基于模板的泛型编程中找到应用，其中定义了基本函数和类，并将模板类型转换为所需的类型。通过使用 std::is_scoped_enum_v，您可以找到为作用域枚举编写代码路径的方法，并确保您的程序正确处理它们。这提高了代码的质量和安全性，并增加了其在大规模应用程序中正确的可能性。

• C++17 在 <type_traits> 库中引入了类型特征 std::is_scoped_enum_v。它用于决定枚举类型是作用域枚举还是简称为 enum class。它的工作原理很简单，即检查特定枚举类型是否使用了 enum class 关键字创建（表示作用域枚举），还是使用了传统 enum 关键字的常规方式创建。
• T 是正在评估的类型。它在编译时评估该特征，并在给定作用域枚举 (scoped ENUM) 时返回 true，否则返回 false。_v 形式是一个变量模板，它提供了比旧形式更清晰、更简洁的语法。它使我们的代码更具可读性，并避免了与 std::is_scoped_enum<T>::value 相关的错误。

语法如何工作？

语法 std::is_scoped_enum_v<T> 是一种布尔形式，要求类型 T 要么是作用域枚举，要么是字符串。它速度很快，因为这个检查是在编译时完成的。了解类型是否是作用域类型可能很重要，因为作用域枚举和非作用域枚举在它们的值如何被公开访问（或在周围作用域中）方面存在差异，您可能需要在泛型编程或某些操作枚举的代码中依赖这一点。

该特征检查 T 是否满足定义作用域枚举值的特定标准，这些值封装在枚举的作用域内，不允许隐式整数转换，并需要用其类型限定枚举值。如果满足这些标准，则当类型是作用域枚举时，std::is_scoped_enum<T>::value 为 true。

std::is_scoped_enum_v 的用例

std::is_scoped_enum_v 特征在现代 C++ 开发的多个领域都很重要，例如模板元编程、编译时类型安全和库开发。开发人员可以检查类型是否为作用域枚举，并利用它来强制执行特定行为、强制类型安全或防止因隐式转换或不当使用枚举而导致的潜在问题。

模板元编程

• std::is_scoped_enum_v 最重要的用例之一是模板元编程，其目标是编写适用于多种类型的通用代码。通常，这些类型集合包括枚举。如果您知道类型是否是作用域枚举，则可以为模板应用特殊逻辑或约束。
• 例如，如果您正在处理处理枚举值的模板，那么能够区分作用域枚举和非作用域枚举是很重要的。原因在于，作用域枚举不允许隐式转换为整数，而这是非作用域枚举的设计特点。这种差异甚至会影响特定模板函数或类的实现方式。使用 std::is_scoped_enum_v 允许开发人员编写基于作用域枚举为 true 或 false 而执行不同操作的模板代码。

确保类型安全

• 在 C++ 中，枚举的类型安全是一个重要问题，而且在 C++ 中，这比在 C# 中更值得关注，因为枚举一直以来都可以隐式转换为 int。它们可能导致一些微妙的错误，特别是在枚举值被意外用于基于整数的计算时。作用域枚举通过阻止此类转换来解决此问题，而 std::is_scoped_enum_v 允许开发人员确定您收到的枚举类型是否符合更严格的类型安全模型。
• 这种类型的特征允许开发人员使用编译时更重要的类型规则。例如，在开发依赖于枚举的库或通用算法时，std::is_scoped_enum_v 可以用于确保所有被装饰的枚举都是作用域的，或者当您想防止枚举之间的类型强制转换时。

库开发

• 考虑到这一点，您可能还希望确保不能将作用域枚举传递给我们希望在 API 中保持一致并维护类型安全的函数或组件。枚举在处理枚举的库中经常使用，并且通常，处理枚举的库期望枚举以某种方式行事，特别是如何访问枚举的值以及它们是否可以隐式转换为整数。
• 库开发人员，如果使用 std::is_scoped_enum_v，可以强制函数或类仅接受作用域枚举，从而强制执行像 enum class 这样的更严格类型的安全规则。通常，这是一个很好的决定，尤其是当您需要禁止隐式转换或确保枚举值保留在其作用域内时。

编译时类型检查

• 对于现代 C++ 开发来说，编译时类型检查是一项重要功能，它使开发人员能够在代码变成运行时错误之前识别错误并修复它。使用 std::is_scoped_enum_v 允许开发人员编写编译时断言，即某些代码块仅在提供的类型是作用域枚举时才能编译。
• 这种编译时验证不仅可以防止类型的不正确应用，还可以作为文档，帮助其他开发人员知道各个函数或类是使用作用域枚举来设计的。它可以避免误解和误用，尤其是在许多开发人员协同工作的项目中。

编码

输出

 
Color is not a scoped enum. 
Direction is a scoped enum. 
  
Handling Direction enum (Scoped): 
Heading North 
Heading South 
  
Handling Color enum (Unscoped): 
Red color selected. 
Blue color selected. 
  
Printing enums as integers: 
Color as integer: 0 
Direction as integer: 1    

结论

总之，C++ 中的 std::is_scoped_enum_v 特征值得关注，因为这种形式可以用来解决诸如确定枚举是作用域枚举还是使用 enum class 定义的问题。作用域枚举提供了新功能，包括限制隐式整数转换和对枚举值的使用限定。当编写歧义更少或可能导致名称冲突的代码时，这很有用，因此，存在非作用域枚举隐式转换的情况。

将 std::is_scoped_enum_v 与模板元编程结合使用，可以设计出符合类型是作用域枚举的规范的通用性强的模板。此特征在最新的 C++ 编程版本中有益，因为这些版本需要更严格的类型检查和编译时安全性。总的来说，利用作用域枚举和 std::is_scoped_enum_v 特征支持更安全、更具表现力且无错误的 C++ 代码。