C# Idioms: Enum还是Enum Class(枚举类)

晨曦之光 发布于 2012/03/09 15:05
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原文排版格式:http://www.marshine.com)

reversion:2004/5/28
修改说明:感谢Ninputer提到的CLS兼容问题,同时修改了原来版本没有提及的Equals改写,以及修改"=="重载的不完善代码,和增加enum struct内容

reversion:2004/6/4

增加kirc提到的Enum的Flags特性,因为文本超长,新的版本可以在http://www.marshine.com上阅读。



常量类型的表示

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。但是其缺点不能实现自定义的行为,无法提供常量更多的属性。

Enum Class就没有这种限制,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。

Enum Class的问题

但Enum Class也有它的缺点,上面的设计中Enum Class通过进程内静态成员引用地址相同来进行比较,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)。C#与Java的实现机制不一样,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;
}
}

使用Enum还是Enum Class?

根据Enum和Enum Class的特点,我们可以根据对常量类型的要求决定使用Enum还是Enum Class。

以下场景适合使用Enum:

常量类型用于内部表示,不用于显示名字。
常量值不需要提供附加的属性。例如只需要知道国家代码,而不需要获得国家的其它属性
Enum Class可以适用于更多的场景:

常用于可提供友好信息的类型。如本地化支持的类型名显示,或者显示与枚举名不一致的名字,例如Country.CHN可显示为"China"。
提供更多的常量属性。
提供更加丰富的行为。如Parse方法。
对常量进行分组。如Country.Asia包含亚洲国家。
使用Struct来表示枚举

如果值域不封闭,但希望提供一些常量,也可以使用struct,如System.Drawing.Color结构中的系统默认颜色设置。采用struct来设计enum值同Enum Class方式没有本质的差异,只是struct必须提供无参数构造函数,因此无法实现封闭值域。 
 
原文链接:http://blog.csdn.net/21aspnet/article/details/1539858
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