Enum还是Enum Class(枚举类)

最新推荐文章于 2025-06-04 09:43:37 发布

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#java #c/c++ #c#

本文探讨了枚举类型在软件开发中的应用，对比了C#中的枚举（Enum）与类型安全枚举类（EnumClass）的特点及使用场景，并讨论了序列化过程中可能出现的问题及其解决方案。

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常量/枚举类型的表示

系统中常常有一些属性的属性值是固定的一组值，它们的值域是封闭的（有限数量），比如国家代码（每个国家具有唯一的代码，而在一定时期国家的数量是确定的）、性别类型（男、女）。在现代程序语言中，一种典型的表示方式是枚举类型（Enum）。Enum表示封闭值域的类型，常常由程序语言作为一种数据类型直接支持，例如C，C#等。C#支持的enum在C的基础上提供了类型安全的能力，下面是用C#定义的性别枚举类型：

public enum Sex {
Male,
Female,
}

Java不支持enum数据类型，Java认为C提供的enum并不是类型安全的，通常使用称之为Typesafe Enum Class的设计模式来获得类似的效果（参见[Joshua01] P80,Item21 :Replace enum constructs with classes）。Enum Class不允许外部构造实例成员（构造函数为private），提供静态类型成员实例来表示封闭值域。使用Enum Class方式来表示Sex类型可定义如下（C#）：

public class Sex{
// 私有构造保证值域的封闭性
private Sex() {
}

pubic static readonly Sex Male = new Sex():
pubic static readonly Sex Female = new Sex():
}

同enum一样，可以使用Sex.Male或Sex.Female的方式来访问常量属性，与静态常量字段不一样（如静态字符串、整数），enum和Enum Class可以提供强类型的compile time检查以及提供更好的数据封装性和代码可读性。例如使用常量类型设置和比较属性值：

// 设置属性值
Sex sex = Sex.Male;
// 比较
if (sex == Sex.Male) {
// ... ...
}

如果Sex是使用Enum定义的，则上面比较的实际上是Enum字段的值；如果Sex是使用Enum Class定义的，则比较的是静态实例成员的引用地址，当然也可以使用Equals方法来比较。

虽然Enum Class是来自于Java的设计模式，但在C#中并非没有意义，因为Enum Class提供了比Enum类型更强大的能力。

Enum与Enum Class的比较

Enum与Enum Class均提供了封装常量的能力，都能够实现编译时的强类型检查，使用封闭值域防止非法值。不过，因为实现机制的不同，这两种方式也具有不同的特点。

Enum在C#中是一种值类型（Value Type），其基类型必须是整数类型（如Int16），因此Enum也具有值类型所具有的优点——比引用类型（Reference Type）更高的效率，定义简单。C#的Enum还支持位(Bit)操作，对于用于标志的常量，允许常量的OR、AND、XOR、NOT等位操作，C#提供了内建的语言支持，通过FlagsAttribute即可使Enum具备位操作能力。例如.Net Framework的System.AttributeTargets属性，允许Attribute子类在设置AttributeUsage时可以组合AttributeTargets属性（参见.Net Framework SDK）：

// System.AttributeTargets的定义
[Flags] //Flags属性表明枚举是一个标志枚举，允许位操作
public enum AttributeTargets {
Class,
Method,
... ...
}

// 使用Flags枚举
// 下面的定义表示CustomerAttribute可以作用在Class或者Method上
[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method )]
public sealed class CustomAttribute : Attribute {
... ...
}

Enum的缺悴荒苁迪肿远ㄒ宓男形薹ㄌ峁┏Ａ扛嗟氖粜裕还诖蠖嗍榭鱿拢庖丫愎涣恕num Class没有这种限制，虽然Enum Class本身并不设计为可以继承，但可以修改基类（System.Object）的行为以提供更加丰富的能力（如修改ToString方法，根据使用者的本地语言输出本地化的国家名称），也可以提供更多的属性。例如我们提供一个候选的国家列表，除了能显示国家名称外，可以提供国家代码、语言代码信息。关于Enum Class更多的应用场景后面的节有详细的描述。

Enum Class的问题

上面的Enum Class实现方式也有它的缺点，在上面的设计中Enum Class通过进程内静态成员引用地址相同的机理来比较枚举量是否相等，但是当将一个序列化后的Enum Class实例反序列化后，CLR会创建一个新的实例，从而造成反序列化值不等于序列化前值的现象：

IFormatter formatter = new System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter();

MemoryStream stream = new MemoryStream();
// 序列化Sex.Male的值
formatter.Serialize(stream, Sex.Male);
stream.Seek(0,SeekOrigin.Begin);
// 反序列化
Sex sex = (Sex)formatter.Deserialize(stream);
Console.WriteLine(sex == Sex.Male);

上面的代码将输出false。因此通过引用的方式是有局限性的，在Java中这是一个比较棘手的问题，需要修改反序列化的行为（参看[Joshua01]P171）来保证进程中只存在一个枚举量的唯一实例。C#与Java的反序列化实现机制不一样，无法通过修改反序列化的行为来返回同一个常量实例，但C#提供了操作符重载的能力。我们可以通过重载操作符“==”来解决这个问题，同时为了保持CLS兼容以及与Equals的行为一致，还需要改写Equals方法：

[Serializable]
public class Sex{
// 性别类型名
private string sexName;

// 私有构造保证值域的封闭性
private Sex(string sexName) {
this.sexName = sexName;
}

public static readonly Sex Male = new Sex("Male");
public static readonly Sex Female = new Sex("Female");

// 提供重载的"=="操作符，使用sexName来判断是否是相同的Sex类型
public static bool operator ==(Sex op1, Sex op2) {
if (Object.Equals(op1, null)) return Object.Equals(op2, null);
return op1.Equals(op2);
}

public static bool operator !=(Sex op1,Sex op2) {
return !(op1 == op2);
}

public override bool Equals(object obj) {
Sex sex = obj as Sex;
if (obj == null) return false;
return sexName == sex.sexName;
}

public override int GetHashCode() {
return sexName.GetHashCode ();
}
}

通过操作符重载，不再使用引用地址来比较常量，而是通过值比较（如上面的sexName），因此要求每个常量实例必须具有唯一的标识值。在不支持操作符重载的语言中，不能使用"=="来比较两个常量值是否相等，而应该使用Equals方法来代替。

Enum Class的设计

Enum Class一般符合下列规则：

私有构造函数，保证外部无法创建类实例（同时也使得类无法继承）。
静态只读实例字段表示常量。
重载操作符"=="，保证序列化后的值也能比较相等。当需要在进程间传递（如分布式应用）或需要序列化时，必须实现"=="操作符的重载。
改写Equals方法，保持"=="行为和Equals一致。（改写Equals一般也同时改写GetHashCode方法）

除此之外，还通常改写ToString方法以提供显示友好的名字，因为Java和.Net都在绑定或显示对象时使用ToString方法（Java中为toString方法）输出作为缺省的对象显示字符串，比如将Sex数组绑定到ListBox或者使用Console.Write输出时。下面的代码改写ToString方法以提供友好显示的输出：

public class Sex{
... ...
public override string ToString() {
return sexName;
}
}

当然我们也可以利用ToString提供本地化支持，返回本地语言的字符串。

Enum Class另外一种常见的职责是提供不同值系统之间的类型转换，如当从数据库中读取值时，利用Parse方法将数据库中值转换为对象系统的常量实例，而在存储时提供方法转换为数据库的值类型：

public class Sex{
... ...
// 根据一个符合指定格式的字符串返回类型实例。
public static Sex Parse(string sexName){
switch (sexName) {
case "Male" : return Male;
... ...
}
}

// 返回数据存储的值。
public string ToDBValue(){
return sexName;
}
}