C/C++的enum类型大小

我们在编程时有时想让一个变量的值只在规定范围里取值，那么就会考虑使用enum类型。
例如我们想定义一个变量来表示红绿蓝三原颜色，那么就使用enum来定义取值范围，

enum color {RED, GREEN, BLUE};

然后我们在用enum color来定义变量，并赋值，

enum color myColor = GREEN;

本文不是讨论enum的使用细节，而是看一下enum类型的变量大小。

一 C下的enum

C语言下面，enum大小是一个整型大小，但是C下整型有很多种，char、long int和short int等，具体哪一种呢？下面引用《C in a nutshell》里的一句话来解释下，

The compiler may select the appropriate integer type depending on the defined values of
the enumeration constants.

意思就是enum类型的大小是由编译器根据定义值的大小来选择合适的整数类型，所以enum类型的大小并不是固定的。

下面这个代码例子可以说明这个问题，

#include <stdio.h>


enum color1
{
    RED = 0,
    GREEN,
    BLUE
};

enum color2
{
    GRAY = 0x1122334455,
    YELLOW,
    PURPLE
};

int main(void)
{
    printf("enum color1: %d\n", sizeof(enum color1));
    printf("enum color2: %d\n", sizeof(enum color2));
    return 0;
}

输出如下，

因为enum color2的大小已经超过了4个字节，这样编译器就会把它的大小扩大。

这样会有一个潜在的弊端：如果我们定义了一个结构体，其成员有enum类型，那么就可能导致结构体大小发生变化，而我们却没有察觉，例如随着代码的更迭，我们加入了更多enum规定的范围值，当超过某个值时，它的大小就产生了变化，这是比较危险的。

二 C++11下的enum

C++11下，enum类型可以显式的指定大小，

#include <cstdio>
#include <cstdint>

enum color1 : uint8_t
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};


enum color2 : uint16_t
{
    GRAY,
    YELLOW,
    PURPLE
};

int main(void)
{
    printf("enum color1: %d\n", sizeof(enum color1));
    printf("enum color2: %d\n", sizeof(enum color2));

    return 0;
}

输出如下，

因为显式的指定了enum color1为一个字节大小，enum color2为2个字节大小。而且如果enum规定的范围值超过了指定大小，编译会报错，如这种，

enum color1 : uint8_t
{
    RED = 266,
    GREEN,
    BLUE
};

出错信息如下，

三 C和C++11的enum使用区别

1. enum关键字

在C下我们使用enum去定义变量时必须带上enum这个关键字，而在C++11下可以不用带这个关键字，更加人性化了一点，如下

// c++11 code
#include <cstdio>
#include <cstdint>

enum color
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};


int main(void)
{
    printf("enum color1: %d\n", sizeof(color));
	color myColor = GREEN;
    return 0;
}

2. enum变量的取值范围

这是很重要的一点区别：在C下enum定义的变量可以赋规定范围外的值，而在C++11下这是不允许的。
下面是C代码，

// c code
#include <stdio.h>

enum color
{
    RED = 0,
    GREEN,
    BLUE
};

int main(void)
{
    enum color myColor;

    myColor = GREEN;
    printf("myColor: %d\n", myColor);

    myColor = 10;
    printf("myColor: %d\n", myColor);

    return 0;
}

输出如下，

个人感觉这是不好的，因为我们已经规定了范围，但是现在整个变量却可以赋一个范围外的值。

而在C++11里，这样写编译就不通过，

// c++11 code
#include <cstdio>
#include <cstdint>

enum color : uint8_t
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};

int main(void)
{
    color myColor;

    myColor = GREEN; // correct
    printf("myColor: %d\n", myColor);

    myColor = 10; // error
    printf("myColor: %d\n", myColor);

    myColor = 1; // error
    printf("myColor: %d\n", myColor);

    return 0;
}

可以看到C++11下enum的值必须从规定范围里取，即使是对应的数字也不行，这样就把enum类型的变量值实实在在的限制在规定范围里了，就不用担心会出现范围外的值。

关于C++11的enum，还有很多其它内容，感兴趣的同学可以去cppreference上查看。

四 总结

本文分析了C/C++下的enum类型的实际大小，可以看出C++11下enum的大小范围都得到了更好的控制，这样编程时就可以避免潜在的问题。

谢谢阅读，如果有写的不对的地方，请留言指正，谢谢。