引言

在 C++ 的發展歷程中，每一個新版本都帶來了許多令人期待的新特性和改進，以提升代碼的安全性、可讀性和可維護性。C++23 作為其中的一個重要版本，也不例外。其中，std::to_underlying 這個工具函數便是 C++23 為開發者帶來的一個實用禮物，它主要用于獲取枚舉（enum）的底層值。本文將深入探討 std::to_underlying 的相關內容，包括其基本概念、作用、使用示例、與之前方法的對比以及在 C++23 中的意義。

基本概念

std::to_underlying 是 C++23 標準庫中新增的一個實用工具函數，定義于頭文件 <utility> 中。其函數原型如下：

emplate< class Enum >
constexpr std::underlying_type_t< Enum> to_underlying( Enum e ) noexcept ;

該函數的作用是將枚舉類型轉換為其底層類型，等價于 return static_cast<std::underlying_type_t<Enum>>(e);。這里的 Enum 是枚舉類型，e 是要轉換的枚舉值，函數返回的是 Enum 的底層類型的整數值，從 e 轉換而來。

作用

在實際編程中，我們經常會遇到需要將枚舉值轉換為其底層整數類型的情況。例如，當我們需要與一些無類型的 API 進行交互時，或者在進行日志記錄、流操作等場景下，都可能需要獲取枚舉的底層值。在 std::to_underlying 出現之前，開發者通常會使用 static_cast 來完成這個轉換，但這種方式存在一些問題。

使用 static_cast 進行枚舉到其底層類型的轉換，會使代碼的可讀性和可維護性變差。因為在代碼中，static_cast 看起來就像普通的類型轉換，很難快速識別出這是一個從強類型枚舉到其底層值的轉換。而且，當枚舉類型的底層類型發生變化時（例如從有符號類型變為無符號類型），使用 static_cast 的代碼可能會出現潛在的錯誤。而 std::to_underlying 的出現，正是為了解決這些問題，它提供了一種更安全、更清晰的方式來獲取枚舉的底層值。

使用示例

下面通過幾個具體的示例來展示 std::to_underlying 的使用方法。

#include <cstdint>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>// 示例 1：不同枚舉類型的底層類型驗證
enum class E1 : char { e };
static_assert(std::is_same_v<char, decltype(std::to_underlying(E1::e))>);enum struct E2 : long { e };
static_assert(std::is_same_v<long, decltype(std::to_underlying(E2::e))>);enum E3 : unsigned { e };
static_assert(std::is_same_v<unsigned, decltype(std::to_underlying(E3::e))>);// 示例 2：實際輸出枚舉的底層值
int main()
{enum class ColorMask : std::uint32_t{red = 0xFF, green = (red << 8), blue = (green << 8), alpha = (blue << 8)};std::cout << std::hex << std::uppercase << std::setfill('0')<< std::setw(8) << std::to_underlying(ColorMask::red) << '\n'<< std::setw(8) << std::to_underlying(ColorMask::green) << '\n'<< std::setw(8) << std::to_underlying(ColorMask::blue) << '\n'<< std::setw(8) << std::to_underlying(ColorMask::alpha) << '\n';// 編譯錯誤示例，不能直接將枚舉賦值給底層類型變量// std::underlying_type_t<ColorMask> x = ColorMask::alpha; // 正確示例，使用 std::to_underlying 進行轉換[[maybe_unused]]std::underlying_type_t<ColorMask> y = std::to_underlying(ColorMask::alpha); return 0;
}

在上述代碼中，示例 1 通過 static_assert 驗證了不同枚舉類型使用 std::to_underlying 轉換后的底層類型是否正確。示例 2 則實際輸出了 ColorMask 枚舉的各個值的底層類型，并且展示了直接將枚舉賦值給底層類型變量會導致編譯錯誤，而使用 std::to_underlying 則可以正確進行轉換。

與之前方法的對比

在 std::to_underlying 出現之前，開發者通常會使用 static_cast 來將枚舉轉換為其底層類型。例如：

enum class MyEnum : int { Value1, Value2 };
int underlyingValue = static_cast<int>(MyEnum::Value1);

這種方式雖然可以實現功能，但存在一些缺點。首先，代碼的可讀性較差，從 static_cast 的使用中很難一眼看出這是在進行枚舉到其底層類型的轉換。其次，當枚舉的底層類型發生變化時，需要手動修改 static_cast 中的目標類型，否則可能會導致潛在的錯誤。

而使用 std::to_underlying 則可以避免這些問題。std::to_underlying 明確地表示了這是一個將枚舉轉換為其底層類型的操作，提高了代碼的可讀性。并且，無論枚舉的底層類型如何變化，std::to_underlying 都能正確工作，無需手動修改代碼。例如：

enum class MyEnum : int { Value1, Value2 };
int underlyingValue = std::to_underlying(MyEnum::Value1);

即使 MyEnum 的底層類型從 int 變為其他類型，上述代碼仍然可以正常工作。

在 C++23 中的意義

std::to_underlying 的引入是 C++ 語言不斷發展和完善的體現。它符合現代 C++ 注重代碼安全性、可讀性和可維護性的設計理念。在 C++23 中，std::to_underlying 作為標準庫的一部分，為開發者提供了一個統一、規范的方式來處理枚舉到其底層類型的轉換。

隨著 C++ 標準的不斷演進，枚舉類型在 C++ 中的應用也越來越廣泛。從 C++11 引入的枚舉類（enum class）解決了傳統枚舉的命名沖突和隱式轉換問題，到 C++17 允許使用大括號初始化基礎類型，再到 C++20 引入的 using enum 語法，枚舉類型的功能不斷得到增強。而 std::to_underlying 的出現，進一步完善了枚舉類型的使用場景，使得開發者在處理枚舉時更加方便和安全。

總結

std::to_underlying 是 C++23 為開發者帶來的一個實用工具函數，它為獲取枚舉的底層值提供了一種更安全、更清晰的方式。通過使用 std::to_underlying，可以提高代碼的可讀性和可維護性，避免因枚舉底層類型變化而帶來的潛在錯誤。在實際開發中，當需要將枚舉轉換為其底層類型時，建議優先使用 std::to_underlying。相信隨著 C++23 的逐漸普及，std::to_underlying 會在更多的項目中得到廣泛應用。