如何实现带编译时校验的固定范围整数类型替代枚举类？

我想要创建一种类型，能在编译时保证其实例的值是0到N-1之间的整数（共N个可能值），不需要支持算术操作。用enum class是可行的，但当N很大的时候扩展性太差。我理想的方案类似固定范围的整数，期望用法如下，但不确定具体怎么实现，想问这种方案是否可行，还是只能用enum class？

期望用法示例：

constexpr auto N = 60;
MyType<N> foo(30); // 合法
MyType<N> foo(0); // 合法
MyType<N> foo(59); // 合法
MyType<N> bar(60); // 编译错误
MyType<N> boo(-1); // 编译错误

完全可以实现这类编译期范围约束的类型，不需要局限于enum class，以下是几种不同C++版本的实现方式：

C++17 实现 #

利用constexpr构造函数结合编译期断言和运行时检查，同时支持编译期和运行时的范围验证：

#include <cstdint>
#include <stdexcept>

template<std::size_t N>
class MyType {
public:
    constexpr explicit MyType(std::int32_t value) 
        : m_value(value)
    {
        static_assert(N > 0, "N必须是正整数");
        if (!(value >= 0 && value < static_cast<std::int32_t>(N))) {
            throw std::invalid_argument("值超出有效范围 [0, N-1]");
        }
    }

    // 仅提供值获取接口，不支持算术操作
    constexpr std::int32_t get() const noexcept {
        return m_value;
    }

private:
    std::int32_t m_value;
};

• 当用编译期常量初始化时，static_assert和if判断都会在编译阶段触发检查，直接抛出编译错误
• 当用运行时变量初始化时，会在运行时抛出异常，避免非法值流入

C++20 增强实现 #

使用consteval关键字强制构造函数必须在编译期执行，彻底确保所有实例的合法性都在编译阶段验证：

#include <cstdint>
#include <stdexcept>

template<std::size_t N>
class MyType {
public:
    // consteval 强制构造必须在编译期完成，拒绝运行时初始化
    consteval explicit MyType(std::int32_t value) 
        : m_value(value)
    {
        static_assert(N > 0, "N必须是正整数");
        if (!(value >= 0 && value < static_cast<std::int32_t>(N))) {
            throw std::invalid_argument("值超出有效范围 [0, N-1]");
        }
    }

    constexpr std::int32_t get() const noexcept {
        return m_value;
    }

private:
    std::int32_t m_value;
};

这种实现下，任何尝试用运行时变量初始化MyType的行为都会直接触发编译错误，完全符合你要求的编译时保证合法性的需求，且扩展性极强——无论N是几十还是几万，只需要修改模板参数即可，不需要像enum class那样手动枚举所有值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者15dijkstra487