Введите безопасные (r) битовые флаги в C ++?

Question

При пересмотре старого кода на C ++ я наткнулся на несколько битовых флагов , определенных как перечисления.

enum FooFlags
{
    FooFlag1 = 1 << 0,
    FooFlag2 = 1 << 1,
    FooFlag3 = 1 << 2
    // etc...
};

Это не редкость, но меня беспокоило, что как только вы начинаете комбинировать флаги, вы теряете информацию о типе.

int flags = FooFlag1 | FooFlag2;   // We've lost the information that this is a set of flags relating to *Foo*

Некоторые поиски на SO показали, что я не только one , обеспокоенный этим.

Одной из альтернатив является объявление флагов как #defines или константных интегралов, чтобы побитовые операции не преобразовывали тип (вероятно). Проблема в том, что он позволяет нашему битовому набору смешиваться с несвязанными флагами через целые числа или другие перечисления.

Я знаком с std :: bitset и boost :: dynamic_bitset , но ни один из них не предназначен для решения моей проблемы. Я ищу что-то вроде FlagsAttribute в C # .

У меня вопрос: какие еще существуют решения для (более) безопасного типа битовых флагов?

Я опубликую свое собственное решение ниже.

Answer 1

Вы можете перегрузить операторы для типов перечисления, которые возвращают правильный типизированный результат.

inline FooFlags operator|(FooFlags a, FooFlags b) {
  return static_cast<FooFlags>(+a | +b);
}

Следует отметить, что для теоретической безопасности вы должны вручную объявить максимально возможное значение, чтобы диапазон типа перечисления гарантированно охватил все комбинации.

• На самом деле в этом нет необходимости: диапазон перечисления всегда сможет перехватить всю комбинацию, поскольку наибольшее положительное значение диапазона перечисления всегда (2^N)-1 для первого N, способного представлять самый высокий перечислитель.,Это значение имеет все биты 1.

Answer 2

Вот мое собственное решение, использующее элементы c ++ 0x, которые допускает текущая версия VS2010:

#include <iostream>
#include <numeric>
#include <string>

#include <initializer_list>

template <typename enumT>
class FlagSet
{
    public:

        typedef enumT                     enum_type;
        typedef decltype(enumT()|enumT()) store_type;

        // Default constructor (all 0s)
        FlagSet() : FlagSet(store_type(0))
        {

        }

        // Initializer list constructor
        FlagSet(const std::initializer_list<enum_type>& initList)
        {
            // This line didn't work in the initializer list like I thought it would.  It seems to dislike the use of the lambda.  Forbidden, or a compiler bug?
            flags_ = std::accumulate(initList.begin(), initList.end(), store_type(0), [](enum_type x, enum_type y) { return x | y; })
        }

        // Value constructor
        explicit FlagSet(store_type value) : flags_(value)
        {

        }

        // Explicit conversion operator
        operator store_type() const
        {
            return flags_;
        }

        operator std::string() const
        {
            return to_string();
        }

        bool operator [] (enum_type flag) const
        {
            return test(flag);
        }

        std::string to_string() const
        {
            std::string str(size(), '0');

            for(size_t x = 0; x < size(); ++x)
            {
                str[size()-x-1] = (flags_ & (1<<x) ? '1' : '0');
            }

            return str;
        }

        FlagSet& set()
        {
            flags_ = ~store_type(0);
            return *this;
        }

        FlagSet& set(enum_type flag, bool val = true)
        {
            flags_ = (val ? (flags_|flag) : (flags_&~flag));
            return *this;
        }

        FlagSet& reset()
        {
            flags_ = store_type(0);
            return *this;
        }

        FlagSet& reset(enum_type flag)
        {
            flags_ &= ~flag;
            return *this;
        }

        FlagSet& flip()
        {
            flags_ = ~flags_;
            return *this;
        }

        FlagSet& flip(enum_type flag)
        {
            flags_ ^= flag;
            return *this;
        }

        size_t count() const
        {
            // http://www-graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html#CountBitsSetKernighan

            store_type bits = flags_;
            size_t total = 0;
            for (; bits != 0; ++total)
            {
                bits &= bits - 1; // clear the least significant bit set
            }
            return total;
        }

        /*constexpr*/ size_t size() const   // constexpr not supported in vs2010 yet
        {
            return sizeof(enum_type)*8;
        }

        bool test(enum_type flag) const
        {
            return (flags_ & flag) > 0;
        }

        bool any() const
        {
            return flags_ > 0;
        }

        bool none() const
        {
            return flags == 0;
        }

    private:

        store_type flags_;

};

template<typename enumT>
FlagSet<enumT> operator & (const FlagSet<enumT>& lhs, const FlagSet<enumT>& rhs)
{
    return FlagSet<enumT>(FlagSet<enumT>::store_type(lhs) & FlagSet<enumT>::store_type(rhs));
}

template<typename enumT>
FlagSet<enumT> operator | (const FlagSet<enumT>& lhs, const FlagSet<enumT>& rhs)
{
    return FlagSet<enumT>(FlagSet<enumT>::store_type(lhs) | FlagSet<enumT>::store_type(rhs));
}

template<typename enumT>
FlagSet<enumT> operator ^ (const FlagSet<enumT>& lhs, const FlagSet<enumT>& rhs)
{
    return FlagSet<enumT>(FlagSet<enumT>::store_type(lhs) ^ FlagSet<enumT>::store_type(rhs));
}

template <class charT, class traits, typename enumT>
std::basic_ostream<charT, traits> & operator << (std::basic_ostream<charT, traits>& os, const FlagSet<enumT>& flagSet)
{
    return os << flagSet.to_string();
}

Интерфейс моделируется после std :: bitset . Моя цель состояла в том, чтобы быть верным принципу безопасности типов c ++ и минимальным (если есть) издержкам. Я бы приветствовал любые отзывы о моей реализации.

Вот минимальный пример:

#include <iostream>

enum KeyMod
{
    Alt     = 1 << 0,  // 1
    Shift   = 1 << 1,  // 2
    Control = 1 << 2   // 4
};

void printState(const FlagSet<KeyMod>& keyMods)
{
    std::cout << "Alt is "     << (keyMods.test(Alt)     ? "set" : "unset") << ".\n";
    std::cout << "Shift is "   << (keyMods.test(Shift)   ? "set" : "unset") << ".\n";
    std::cout << "Control is " << (keyMods.test(Control) ? "set" : "unset") << ".\n";
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    FlagSet<KeyMod> keyMods(Shift | Control);

    printState(keyMods);

    keyMods.set(Alt);
    //keyMods.set(24);    // error - an int is not a KeyMod value
    keyMods.set(Shift);
    keyMods.flip(Control);

    printState(keyMods);

    return 0;
}

Answer 3

Думаю, я мог бы добавить версию c ++ 11 для enum class

FooFlags operator|(FooFlags a, FooFlags b)
{
  typedef std::underlying_type<FooFlags>::type enum_type;
  return static_cast<FooFlags>(static_cast<enum_type>(a) | static_cast<enum_type>(b));
}

Если вы поддерживаете версию c ++ 11, я думаю, это будет основной кандидат на constexpr