5.4 枚举的本质

本节探讨Java中的枚举类型。枚举是一种特殊的数据，它的取值是有限的，是可以枚举出来的，比如一年有四季、一周有七天。虽然使用类也可以处理这种数据，但枚举类型更为简洁、安全和方便。下面介绍枚举的使用和实现原理。先介绍基础用法和原理，再介绍典型场景。

5.4.1 基础

定义和使用基本的枚举是比较简单的，我们来看个例子。为表示衣服的尺寸，我们定义一个枚举类型Size，包括三个尺寸：小、中、大，代码如下：

public enum Size {
    SMALL, MEDIUM, LARGE
}

枚举使用enum这个关键字来定义，Size包括三个值，分别表示小、中、大，值一般是大写的字母，多个值之间以逗号分隔。枚举类型可以定义为一个单独的文件，也可以定义在其他类内部。

可以这样使用Size：

Size size = Size.MEDIUM

Size size声明了一个变量size，它的类型是Size, size=Size.MEDIUM将枚举值MEDIUM赋值给size变量。枚举变量的toString方法返回其字面值，所有枚举类型也都有一个name()方法，返回值与toString()一样，例如：

Size size = Size.SMALL;
System.out.println(size.toString());
System.out.println(size.name());

输出都是SMALL。枚举变量可以使用equals和==进行比较，结果是一样的，例如：

Size size = Size.SMALL;
System.out.println(size==Size.SMALL);
System.out.println(size.equals(Size.SMALL));
System.out.println(size==Size.MEDIUM);

上面代码的输出结果为三行，分别是true、true、false。枚举值是有顺序的，可以比较大小。枚举类型都有一个方法int ordinal()，表示枚举值在声明时的顺序，从0开始，例如，如下代码输出为1：

Size size = Size.MEDIUM;
System.out.println(size.ordinal());

另外，枚举类型都实现了Java API中的Comparable接口，都可以通过方法compareTo与其他枚举值进行比较。比较其实就是比较ordinal的大小，例如，如下代码输出为-1，表示SMALL小于MEDIUM：

Size size = Size.SMALL;
System.out.println(size.compareTo(Size.MEDIUM));

枚举变量可以用于和其他类型变量一样的地方，如方法参数、类变量、实例变量等。枚举还可以用于switch语句，代码如下所示：

static void onChosen(Size size){
    switch(size){
    case SMALL:
        System.out.println("chosen small"); break;
    case MEDIUM:
        System.out.println("chosen medium"); break;
    case LARGE:
        System.out.println("chosen large"); break;
    }
}

在switch语句内部，枚举值不能带枚举类型前缀，例如，直接使用SMALL，不能使用Size.SMALL。枚举类型都有一个静态的valueOf(String)方法，可以返回字符串对应的枚举值，例如，以下代码输出为true：

System.out.println(Size.SMALL==Size.valueOf("SMALL"));

枚举类型也都有一个静态的values方法，返回一个包括所有枚举值的数组，顺序与声明时的顺序一致，例如：

for(Size size : Size.values()){
    System.out.println(size);
}

屏幕输出为三行，分别是SMALL、MEDIUM、LARGE。

Java是从Java 5才开始支持枚举的，在此之前，一般是在类中定义静态整型变量来实现类似功能，代码如下所示：

class Size {
    public static final int SMALL = 0;
    public static final int MEDIUM = 1;
    public static final int LARGE = 2;
}

枚举的好处体现在以下几方面。

• 定义枚举的语法更为简洁。
• 枚举更为安全。一个枚举类型的变量，它的值要么为null，要么为枚举值之一，不可能为其他值，但使用整型变量，它的值就没有办法强制，值可能就是无效的。
• 枚举类型自带很多便利方法（如values、valueOf、toString等），易于使用。

枚举是怎么实现的呢？枚举类型实际上会被Java编译器转换为一个对应的类，这个类继承了Java API中的java.lang.Enum类。Enum类有name和ordinal两个实例变量，在构造方法中需要传递，name()、toString()、ordinal()、compareTo()、equals()方法都是由Enum类根据其实例变量name和ordinal实现的。values和valueOf方法是编译器给每个枚举类型自动添加的，上面的枚举类型Size转换成的普通类的代码大概如代码清单5-12所示。需要说明的是，这只是示意代码，不能直接运行。

代码清单5-12 枚举类Size对应的普通类示意代码

public final class Size extends Enum<Size> {
    public static final Size SMALL = new Size("SMALL",0);
    public static final Size MEDIUM = new Size("MEDIUM",1);
    public static final Size LARGE = new Size("LARGE",2);
    private static Size[] VALUES = new Size[]{SMALL, MEDIUM, LARGE};
    private Size(String name, int ordinal){
        super(name, ordinal);
    }
    public static Size[] values(){
        Size[] values = new Size[VALUES.length];
        System.arraycopy(VALUES, 0, values, 0, VALUES.length);
        return values;
    }
    public static Size valueOf(String name){
        return Enum.valueOf(Size.class, name);
    }
}

解释几点：
1）Size是final的，不能被继承，Enum<Size>表示父类，<Size>是泛型写法；
2）Size有一个私有的构造方法，接受name和ordinal，传递给父类，私有表示不能在外部创建新的实例；
3）三个枚举值实际上是三个静态变量，也是final的，不能被修改；
4）values方法是编译器添加的，内部有一个values数组保持所有枚举值；
5）valueOf方法调用的是父类的方法，额外传递了参数Size.class，表示类的类型信息，关于类型信息的详细介绍在第21章，父类实际上是回过头来调用values方法，根据name对比得到对应的枚举值的。

一般枚举变量会被转换为对应的类变量，在switch语句中，枚举值会被转换为其对应的ordinal值。可以看出，枚举类型本质上也是类，但由于编译器自动做了很多事情，因此它的使用更为简洁、安全和方便。

5.4.2 典型场景

以上枚举用法是最简单的，实际中枚举经常会有关联的实例变量和方法。比如，上面的Size例子，每个枚举值可能有关联的缩写和中文名称，可能需要静态方法根据缩写返回对应的枚举值，修改后的Size代码如代码清单5-13所示。

代码清单5-13 带有实例变量和方法的枚举类Size

public enum Size {
    SMALL("S", "小号"),
    MEDIUM("M", "中号"),
    LARGE("L", "大号");
    private String abbr;
    private String title;
    private Size(String abbr, String title){
        this.abbr = abbr;
        this.title = title;
    }
    public String getAbbr() {
        return abbr;
    }
    public String getTitle() {
        return title;
    }
    public static Size fromAbbr(String abbr){
        for(Size size : Size.values()){
            if(size.getAbbr().equals(abbr)){
                return size;
            }
        }
        return null;
    }
}

上述代码定义了两个实例变量abbr和title，以及对应的get方法，分别表示缩写和中文名称；定义了一个私有构造方法，接受缩写和中文名称，每个枚举值在定义的时候都传递了对应的值；同时定义了一个静态方法fromAbbr，根据缩写返回对应的枚举值。需要说明的是，枚举值的定义需要放在最上面，枚举值写完之后，要以分号（; ）结尾，然后才能写其他代码。

这个枚举定义的使用与其他类类似，比如：

Size s = Size.MEDIUM;
System.out.println(s.getAbbr()); //输出M
s = Size.fromAbbr("L");
System.out.println(s.getTitle()); //输出“大号”

加了实例变量和方法后，枚举转换后的类与代码清单5-12类似，只是增加了对应的变量和方法，修改了构造方法，代码不同之处大概如代码清单5-14所示。

代码清单5-14 增加了实例变量和方法后的枚举类Size对应的普通类示意代码

public final class Size extends Enum<Size> {
    public static final Size SMALL = new Size("SMALL",0, "S", "小号");
    public static final Size MEDIUM = new Size("MEDIUM",1, "M", "中号");
    public static final Size LARGE = new Size("LARGE",2, "L", "大号");
    private String abbr;
    private String title;
    private Size(String name, int ordinal, String abbr, String title){
        super(name, ordinal);
        this.abbr = abbr;
        this.title = title;
    }
    //其他代码
}

每个枚举值经常有一个关联的标识符（id），通常用int整数表示，使用整数可以节约存储空间，减少网络传输。一个自然的想法是使用枚举中自带的ordinal值，但ordinal值并不是一个好的选择。为什么呢？因为ordinal值会随着枚举值在定义中的位置变化而变化，但一般来说，我们希望id值和枚举值的关系保持不变，尤其是表示枚举值的id已经保存在了很多地方的时候。比如，上面的Size例子，Size.SMALL的ordinal值为0，我们希望0表示的就是Size.SMALL，但如果增加一个表示超小的值XSMALL：

public enum Size {
    XSMALL, SMALL, MEDIUM, LARGE
}

这时，0就表示XSMALL了。所以，一般是增加一个实例变量表示id。使用实例变量的另一个好处是，id可以自己定义。比如，Size例子可以写为：

public enum Size {
    XSMALL(10), SMALL(20), MEDIUM(30), LARGE(40);
    private int id;
    private Size(int id){
        this.id = id;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
}

枚举还有一些高级用法，比如，每个枚举值可以有关联的类定义体，枚举类型可以声明抽象方法，每个枚举值中可以实现该方法，也可以重写枚举类型的其他方法。此外，枚举可以实现接口，也可以在接口中定义枚举，其使用相对较少，我们就不介绍了。

至此，关于枚举，我们就介绍完了，对于枚举类型的数据，虽然直接使用类也可以处理，但枚举类型更为简洁、安全和方便。

本章介绍了类的一些扩展概念，包括接口、抽象类、内部类和枚举。我们之前提到过异常，但并未深入讨论，让我们下一章来探讨。