使用enum class实现标志位是否为未定义行为？C++20如何正确实现？

问题 #

我按照某篇Stack Overflow回答中的方式，通过宏重载运算符实现enum class的标志位操作，示例代码如下：

#define ENUMFLAGOPS(EnumName)\
[[nodiscard]] __forceinline EnumName operator|(EnumName lhs, EnumName rhs)\
{\
    return static_cast<EnumName>(\
        static_cast<std::underlying_type<EnumName>::type>(lhs) |\
        static_cast<std::underlying_type<EnumName>::type>(rhs)\
        );\
}// ...(其他运算符重载)

enum class MyFlags : UINT
{
    None = 0,
    FlagA = 1,
    FlagB = 2,
    FlagC = 4,
};
ENUMFLAGOPS(MyFlags)

使用时的代码：

MyFlags Flags = MyFlags::FlagA | MyFlags::FlagB;

我担心这种写法会产生未定义行为，曾看到有说法称enum class变量的值若不属于定义的枚举值即为未定义行为，此处Flags的底层UINT值为3。请问这是否属于未定义行为？如果是，C++20中的正确实现方式是什么？

回答 #

1. 是否属于未定义行为？ #

这种写法不是未定义行为。

C++标准明确允许枚举类型（包括enum class）的对象存储其底层类型的任意有效值，哪怕该值没有对应的枚举器。只要你是通过合法的静态转换（将底层类型值转为枚举类型），或是通过枚举器做位运算后转回来的方式得到枚举对象，行为都是完全定义好的。

你听到的说法是错误的——只有当你用超出枚举底层类型值域范围的值去转换时，才会触发未定义行为（比如底层类型是uint8_t，却把256转成枚举类型）。这里的3是UINT的合法值，所以完全没问题。

2. C++20的正确实现方式 #

C++20引入了**std::bitmask概念**，同时新增了<bit>头文件和相关标准工具，你可以通过给枚举类型提供特化的std::is_bitmask_enum，让标准库自动支持标志位操作，无需自己写宏重载运算符。

示例代码如下：

#include <bit>
#include <cstdint>

enum class MyFlags : std::uint32_t
{
    None = 0,
    FlagA = 1 << 0,
    FlagB = 1 << 1,
    FlagC = 1 << 2,
};

// 特化std::is_bitmask_enum，告诉标准库这是一个标志位枚举
template<>
struct std::is_bitmask_enum<MyFlags> : std::true_type {};

完成特化后，你可以直接使用|、&、^、~等位运算符，以及|=、&=、^=等复合赋值运算符：

MyFlags flags = MyFlags::FlagA | MyFlags::FlagB;
flags &= MyFlags::FlagA;
flags ^= MyFlags::FlagC;

另外，C++20还提供了std::bit_cast、std::has_single_bit等工具函数，能更安全地处理标志位枚举的底层值操作。

内容的提问来源于Stack Exchange，提问作者GLJeff