面试题：C++中枚举类型如何体现类型安全特性

Question

在C++中，传统的枚举类型和C++11引入的强类型枚举（enum class）在类型安全方面有什么不同？请通过代码示例说明如何利用枚举类型的类型安全特性避免常见的错误，比如类型混淆。

Answer 1

传统枚举类型和强类型枚举（enum class）在类型安全方面的不同

1. 传统枚举类型：
   • 传统枚举类型属于弱类型，其枚举值可以隐式转换为整数类型，不同枚举类型之间如果底层类型相同也可能发生混淆。
   • 例如：

enum Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};
enum Size {
    SMALL,
    MEDIUM,
    LARGE
};
void func(int num) {
    // 函数期望一个整数参数
    std::cout << "Received num: " << num << std::endl;
}
int main() {
    Color c = RED;
    Size s = SMALL;
    func(c); // 可以编译通过，因为Color类型可以隐式转换为int，这可能导致类型混淆
    func(s); // 同样可以编译通过，Size类型也隐式转换为int，混淆了不同的枚举语义
    return 0;
}

2. 强类型枚举（enum class）：
   • 强类型枚举（enum class）是强类型的，枚举值不会隐式转换为其他类型，不同的enum class类型即使底层类型相同也不能相互混淆。
   • 例如：

enum class Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};
enum class Size {
    SMALL,
    MEDIUM,
    LARGE
};
void func(int num) {
    // 函数期望一个整数参数
    std::cout << "Received num: " << num << std::endl;
}
int main() {
    Color c = Color::RED;
    Size s = Size::SMALL;
    // func(c); // 编译错误，Color类型不能隐式转换为int
    // func(s); // 编译错误，Size类型不能隐式转换为int
    return 0;
}

利用枚举类型的类型安全特性避免常见错误

1. 使用强类型枚举避免类型混淆：
   • 例如，假设有一个函数根据颜色来执行不同的操作：

enum class Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};
void performAction(Color color) {
    switch (color) {
    case Color::RED:
        std::cout << "Performing action for red." << std::endl;
        break;
    case Color::GREEN:
        std::cout << "Performing action for green." << std::endl;
        break;
    case Color::BLUE:
        std::cout << "Performing action for blue." << std::endl;
        break;
    }
}
int main() {
    Color c = Color::GREEN;
    performAction(c);
    // performAction(1); // 编译错误，避免了传入错误类型（如整数1）导致的逻辑错误
    return 0;
}

2. 显式转换：
   • 如果确实需要将强类型枚举转换为整数，可以进行显式转换：

enum class Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};
void performAction(int num) {
    std::cout << "Received num: " << num << std::endl;
}
int main() {
    Color c = Color::RED;
    performAction(static_cast<int>(c)); // 显式转换为int
    return 0;
}

这样通过显式转换，清晰地表明了类型转换的意图，提高了代码的可读性和安全性。