c++ - 我能否始终安全地转换为固定(作用域)枚举的基础类型？

Question

TL;DR:以下总是安全的吗？还是会导致未定义、未指定或实现定义的行为？

template <class T> 
using ut = typename std::underlying_type<T>::type;

template <typename E> ut<E> identity(ut<E> value) {
  return static_cast<ut<E>>(static_cast<E>(value));
}

---

如果我有一个作用域枚举，我总是可以将它转换为底层类型:

#include <cassert>             // if you want to follow along
#include <initializer_list>    // copy everything and remove my text

enum class priority : int { 
  low = 0, 
  normal = 1,
  high = 2 
};

// works fine
int example = static_cast<int>(priority::high);

对于枚举中定义的所有值，我也可以期望我得到值:

constexpr priority identity_witness(priority p) {
  return static_cast<priority>(static_cast<int>(p));
}

void test_enum() {
  for (const auto p : {priority::low, priority::normal, priority::high}) {
    assert(p == identity_witness(p));
  }
}

根据 N3337 (C++11)，5.2.9 静态转换 [expr.static.cast] § 9-10 这很好:

9. A value of a scoped enumeration type (7.2) can be explicitly converted to an integral type. The value is unchanged if the original value can be represented by the specified type. …
10. A value of integral or enumeration type can be explicitly converted to an enumeration type. The value is unchanged if the original value is within the range of the enumeration values (7.2). …

但是，我对反过来感兴趣。如果我强制转换为枚举并返回基础类型会怎样？

constexpr int identity_witness(int i) {
  return static_cast<int>(static_cast<priority>(i));
}

void test_int() {
  for (const auto p : {0, 1, 2, 3, 4, 5}) {
    assert(p == identity_witness(p));
  }
}

int main() {
  test_enum();
  test_int();
}

这可以编译并且工作正常，因为 static_cast底层类型根本不会改变内存(可能)。但是，标准表示，如果值不在范围内，则行为未指定:

10. [continued] Otherwise, the resulting value is unspecified (and might not be in that range).

我不清楚枚举的范围。根据 7.2§7，如果枚举的基础类型是固定的，“枚举的值是基础类型的值”。因此，对于任何 std::underlying_type<my_enumeration_type> ，上面的性质应该成立。

这个论点是否成立，或者我是否遗漏了标准中的一些奇怪条款，以便强制转换为枚举的基础类型可能会导致未定义或未指定的行为？

Answer 1

该标准似乎决定允许您使用给定类型的任意整数值作为固定为该类型的枚举的值，即使它们没有被命名为枚举值。 5.2.9.10 中的警告大概是为了限制没有固定基础类型的枚举。该标准没有将固定类型枚举值的“范围”定义为与枚举值分开的任何内容。特别是，它说:

It is possible to define an enumeration that has values not defined by any of its enumerators.

所以“在枚举值的范围内”不能理解为“是枚举值之一”之外的任何东西。枚举值的范围没有其他定义。

因此，您可以安全地使用具有固定基础类型的枚举。对于无类型枚举，只有坚持安全的位数才是安全的。