java | 深入理解Java枚举类型(一)

作者:wuzejian

blog.csdn.net/javazejian/article/details/71333103

本篇主要是深入对Java中枚举类型进行分析,主要内容如下:

枚举类型是Java 5中新增特性的一部分,它是一种特殊的数据类型,之所以特殊是因为它既是一种类(class)类型却又比类类型多了些特殊的约束,但是这些约束的存在也造就了枚举类型的简洁性、安全性以及便捷性。下面先来看看什么是枚举?如何定义枚举?

枚举的定义

回忆一下下面的程序,这是在没有枚举类型时定义常量常见的方式

public class DayDemo {
        public static final int MONDAY = 1;
        public static final int TUESDAY = 2;
        public static final int WEDNESDAY = 3;
        public static final int THURSDAY = 4;
        public static final int FRIDAY = 5;
        public static final int SATURDAY = 6;
        public static final int SUNDAY = 7;
    }

上述的常量定义常量的方式称为int枚举模式,这样的定义方式并没有什么错,但它存在许多不足,如在类型安全和使用方便性上并没有多少好处,如果存在定义int值相同的变量,混淆的几率还是很大的,编译器也不会提出任何警告,因此这种方式在枚举出现后并不提倡,现在我们利用枚举类型来重新定义上述的常量,同时也感受一把枚举定义的方式,如下定义周一到周日的常量

//枚举类型,使用关键字enum
enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

相当简洁,在定义枚举类型时我们使用的关键字是enum,与class关键字类似,只不过前者是定义枚举类型,后者是定义类类型。枚举类型Day中分别定义了从周一到周日的值,这里要注意,值一般是大写的字母,多个值之间以逗号分隔。同时我们应该知道的是枚举类型可以像类(class)类型一样,定义为一个单独的文件,当然也可以定义在其他类内部,更重要的是枚举常量在类型安全性和便捷性都很有保证,如果出现类型问题编译器也会提示我们改进,但务必记住枚举表示的类型其取值是必须有限的,也就是说每个值都是可以枚举出来的,比如上述描述的一周共有七天。那么该如何使用呢?如下:

/**
 * Created by zejian on 2017/5/7.
 * Blog : http://blog.csdn.net/javazejian [原文地址,请尊重原创]
 */
public class EnumDemo {

    public static void main(String[] args){
        //直接引用
        Day day =Day.MONDAY;
    }

}
//定义枚举类型
enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

就像上述代码那样,直接引用枚举的值即可,这便是枚举类型的最简单模型。

枚举实现原理

我们大概了解了枚举类型的定义与简单使用后,现在有必要来了解一下枚举类型的基本实现原理。实际上在使用关键字enum创建枚举类型并编译后,编译器会为我们生成一个相关的类,这个类继承了Java API中的java.lang.Enum类,也就是说通过关键字enum创建枚举类型在编译后事实上也是一个类类型而且该类继承自java.lang.Enum类。下面我们编译前面定义的EnumDemo.java并查看生成的class文件来验证这个结论:

//查看目录下的java文件
zejian@zejiandeMBP enumdemo$ ls
EnumDemo.java
//利用javac命令编译EnumDemo.java
zejian@zejiandeMBP enumdemo$ javac EnumDemo.java 
//查看生成的class文件,注意有Day.class和EnumDemo.class 两个
zejian@zejiandeMBP enumdemo$ ls
Day.class  EnumDemo.class  EnumDemo.java

利用javac编译前面定义的EnumDemo.java文件后分别生成了Day.class和EnumDemo.class文件,而Day.class就是枚举类型,这也就验证前面所说的使用关键字enum定义枚举类型并编译后,编译器会自动帮助我们生成一个与枚举相关的类。我们再来看看反编译Day.class文件:

//反编译Day.class
final class Day extends Enum
{
    //编译器为我们添加的静态的values()方法
    public static Day[] values()
    {
        return (Day[])$VALUES.clone();
    }
    //编译器为我们添加的静态的valueOf()方法,注意间接调用了Enum也类的valueOf方法
    public static Day valueOf(String s)
    {
        return (Day)Enum.valueOf(com/zejian/enumdemo/Day, s);
    }
    //私有构造函数
    private Day(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }
     //前面定义的7种枚举实例
    public static final Day MONDAY;
    public static final Day TUESDAY;
    public static final Day WEDNESDAY;
    public static final Day THURSDAY;
    public static final Day FRIDAY;
    public static final Day SATURDAY;
    public static final Day SUNDAY;
    private static final Day $VALUES[];

    static 
    {    
        //实例化枚举实例
        MONDAY = new Day("MONDAY", 0);
        TUESDAY = new Day("TUESDAY", 1);
        WEDNESDAY = new Day("WEDNESDAY", 2);
        THURSDAY = new Day("THURSDAY", 3);
        FRIDAY = new Day("FRIDAY", 4);
        SATURDAY = new Day("SATURDAY", 5);
        SUNDAY = new Day("SUNDAY", 6);
        $VALUES = (new Day[] {
            MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
        });
    }
}

从反编译的代码可以看出编译器确实帮助我们生成了一个Day类(注意该类是final类型的,将无法被继承)而且该类继承自java.lang.Enum类,该类是一个抽象类(稍后我们会分析该类中的主要方法),除此之外,编译器还帮助我们生成了7个Day类型的实例对象分别对应枚举中定义的7个日期,这也充分说明了我们前面使用关键字enum定义的Day类型中的每种日期枚举常量也是实实在在的Day实例对象,只不过代表的内容不一样而已。注意编译器还为我们生成了两个静态方法,分别是values()和 valueOf(),稍后会分析它们的用法,到此我们也就明白了,使用关键字enum定义的枚举类型,在编译期后,也将转换成为一个实实在在的类,而在该类中,会存在每个在枚举类型中定义好变量的对应实例对象,如上述的MONDAY枚举类型对应public static final Day MONDAY;,同时编译器会为该类创建两个方法,分别是values()和valueOf()。ok~,到此相信我们对枚举的实现原理也比较清晰,下面我们深入了解一下java.lang.Enum类以及values()和valueOf()的用途。

枚举的常见方法

Enum抽象类常见方法

Enum是所有 Java 语言枚举类型的公共基本类(注意Enum是抽象类),以下是它的常见方法:

返回类型

方法名称

方法说明

int

compareTo(E o)

比较此枚举与指定对象的顺序

boolean

equals(Object other)

当指定对象等于此枚举常量时,返回 true。

Class<?>

getDeclaringClass()

返回与此枚举常量的枚举类型相对应的 Class 对象

String

name()

返回此枚举常量的名称,在其枚举声明中对其进行声明

int

ordinal()

返回枚举常量的序数(它在枚举声明中的位置,其中初始常量序数为零)

String

toString()

返回枚举常量的名称,它包含在声明中

static<T extends Enum<T>> T

static valueOf(Class<T> enumType, String name)

返回带指定名称的指定枚举类型的枚举常量。

这里主要说明一下ordinal()方法,该方法获取的是枚举变量在枚举类中声明的顺序,下标从0开始,如日期中的MONDAY在第一个位置,那么MONDAY的ordinal值就是0,如果MONDAY的声明位置发生变化,那么ordinal方法获取到的值也随之变化,注意在大多数情况下我们都不应该首先使用该方法,毕竟它总是变幻莫测的。compareTo(E o)方法则是比较枚举的大小,注意其内部实现是根据每个枚举的ordinal值大小进行比较的。name()方法与toString()几乎是等同的,都是输出变量的字符串形式。至于valueOf(Class<T> enumType, String name)方法则是根据枚举类的Class对象和枚举名称获取枚举常量,注意该方法是静态的,后面在枚举单例时,我们还会详细分析该方法,下面的代码演示了上述方法:

package com.zejian.enumdemo;

/**
 * Created by zejian on 2017/5/7.
 * Blog : http://blog.csdn.net/javazejian [原文地址,请尊重原创]
 */
public class EnumDemo {

    public static void main(String[] args){

        //创建枚举数组
        Day[] days=new Day[]{Day.MONDAY, Day.TUESDAY, Day.WEDNESDAY,
                Day.THURSDAY, Day.FRIDAY, Day.SATURDAY, Day.SUNDAY};

        for (int i = 0; i <days.length ; i++) {
            System.out.println("day["+i+"].ordinal():"+days[i].ordinal());
        }

        System.out.println("-------------------------------------");
        //通过compareTo方法比较,实际上其内部是通过ordinal()值比较的
        System.out.println("days[0].compareTo(days[1]):"+days[0].compareTo(days[1]));
        System.out.println("days[0].compareTo(days[1]):"+days[0].compareTo(days[2]));

        //获取该枚举对象的Class对象引用,当然也可以通过getClass方法
        Class<?> clazz = days[0].getDeclaringClass();
        System.out.println("clazz:"+clazz);

        System.out.println("-------------------------------------");

        //name()
        System.out.println("days[0].name():"+days[0].name());
        System.out.println("days[1].name():"+days[1].name());
        System.out.println("days[2].name():"+days[2].name());
        System.out.println("days[3].name():"+days[3].name());

        System.out.println("-------------------------------------");

        System.out.println("days[0].toString():"+days[0].toString());
        System.out.println("days[1].toString():"+days[1].toString());
        System.out.println("days[2].toString():"+days[2].toString());
        System.out.println("days[3].toString():"+days[3].toString());

        System.out.println("-------------------------------------");

        Day d=Enum.valueOf(Day.class,days[0].name());
        Day d2=Day.valueOf(Day.class,days[0].name());
        System.out.println("d:"+d);
        System.out.println("d2:"+d2);
    }
}
enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

/** 执行结果:   
day[0].ordinal():0   
day[1].ordinal():1   
day[2].ordinal():2   
day[3].ordinal():3   
day[4].ordinal():4   
day[5].ordinal():5   
day[6].ordinal():6   
-------------------------------------   
days[0].compareTo(days[1]):-1   
days[0].compareTo(days[1]):-2   
clazz:class com.zejian.enumdemo.Day  
 -------------------------------------   
days[0].name():MONDAY   
days[1].name():TUESDAY   
days[2].name():WEDNESDAY   
days[3].name():THURSDAY   
-------------------------------------   
days[0].toString():MONDAY   
days[1].toString():TUESDAY   
days[2].toString():WEDNESDAY   
days[3].toString():THURSDAY   
-------------------------------------   
d:MONDAY   
d2:MONDAY   */

到此对于抽象类Enum类的基本内容就介绍完了,这里提醒大家一点,Enum类内部会有一个构造函数,该构造函数只能有编译器调用,我们是无法手动操作的,不妨看看Enum类的主要源码:

//实现了Comparable
public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
        implements Comparable<E>, Serializable {

    private final String name; //枚举字符串名称

    public final String name() {
        return name;
    }

    private final int ordinal;//枚举顺序值

    public final int ordinal() {
        return ordinal;
    }

    //枚举的构造方法,只能由编译器调用
    protected Enum(String name, int ordinal) {
        this.name = name;
        this.ordinal = ordinal;
    }

    public String toString() {
        return name;
    }

    public final boolean equals(Object other) {
        return this==other;
    }

    //比较的是ordinal值
    public final int compareTo(E o) {
        Enum<?> other = (Enum<?>)o;
        Enum<E> self = this;
        if (self.getClass() != other.getClass() && // optimization
            self.getDeclaringClass() != other.getDeclaringClass())
            throw new ClassCastException();
        return self.ordinal - other.ordinal;//根据ordinal值比较大小
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public final Class<E> getDeclaringClass() {
        //获取class对象引用,getClass()是Object的方法
        Class<?> clazz = getClass();
        //获取父类Class对象引用
        Class<?> zuper = clazz.getSuperclass();
        return (zuper == Enum.class) ? (Class<E>)clazz : (Class<E>)zuper;
    }


    public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
                                                String name) {
        //enumType.enumConstantDirectory()获取到的是一个map集合,key值就是name值,value则是枚举变量值   
        //enumConstantDirectory是class对象内部的方法,根据class对象获取一个map集合的值       
        T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
        if (result != null)
            return result;
        if (name == null)
            throw new NullPointerException("Name is null");
        throw new IllegalArgumentException(
            "No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
    }

    //.....省略其他没用的方法
}

通过Enum源码,可以知道,Enum实现了Comparable接口,这也是可以使用compareTo比较的原因,当然Enum构造函数也是存在的,该函数只能由编译器调用,毕竟我们只能使用enum关键字定义枚举,其他事情就放心交给编译器吧。

//由编译器调用
protected Enum(String name, int ordinal) {
    this.name = name;
    this.ordinal = ordinal;
}

编译器生成的Values方法与ValueOf方法

values()方法和valueOf(String name)方法是编译器生成的static方法,因此从前面的分析中,在Enum类中并没出现values()方法,但valueOf()方法还是有出现的,只不过编译器生成的valueOf()方法需传递一个name参数,而Enum自带的静态方法valueOf()则需要传递两个方法,从前面反编译后的代码可以看出,编译器生成的valueOf方法最终还是调用了Enum类的valueOf方法,下面通过代码来演示这两个方法的作用:

Day[] days2 = Day.values();
System.out.println("day2:"+Arrays.toString(days2));
Day day = Day.valueOf("MONDAY");
System.out.println("day:"+day);

/**
 输出结果:
 day2:[MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY]
 day:MONDAY
 */

从结果可知道,values()方法的作用就是获取枚举类中的所有变量,并作为数组返回,而valueOf(String name)方法与Enum类中的valueOf方法的作用类似根据名称获取枚举变量,只不过编译器生成的valueOf方法更简洁些只需传递一个参数。这里我们还必须注意到,由于values()方法是由编译器插入到枚举类中的static方法,所以如果我们将枚举实例向上转型为Enum,那么values()方法将无法被调用,因为Enum类中并没有values()方法,valueOf()方法也是同样的道理,注意是一个参数的。

 //正常使用
Day[] ds=Day.values();
//向上转型Enum
Enum e = Day.MONDAY;
//无法调用,没有此方法
//e.values();

上述我们提到当枚举实例向上转型为Enum类型后,values()方法将会失效,也就无法一次性获取所有枚举实例变量,但是由于Class对象的存在,即使不使用values()方法,还是有可能一次获取到所有枚举实例变量的,在Class对象中存在如下方法:

返回类型

方法名称

方法说明

T[]

getEnumConstants()

返回该枚举类型的所有元素,如果Class对象不是枚举类型,则返回null。

boolean

isEnum()

当且仅当该类声明为源代码中的枚举时返回 true

因此通过getEnumConstants()方法,同样可以轻而易举地获取所有枚举实例变量下面通过代码来演示这个功能:

//正常使用
Day[] ds=Day.values();
//向上转型Enum
Enum e = Day.MONDAY;
//无法调用,没有此方法
//e.values();
//获取class对象引用
Class<?> clasz = e.getDeclaringClass();
if(clasz.isEnum()) {
    Day[] dsz = (Day[]) clasz.getEnumConstants();
    System.out.println("dsz:"+Arrays.toString(dsz));
}

/**
   输出结果:
   dsz:[MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY]
 */

正如上述代码所展示,通过Enum的class对象的getEnumConstants方法,我们仍能一次性获取所有的枚举实例常量。

在前面的分析中,我们都是基于简单枚举类型的定义,也就是在定义枚举时只定义了枚举实例类型,并没定义方法或者成员变量,实际上使用关键字enum定义的枚举类,除了不能使用继承(因为编译器会自动为我们继承Enum抽象类而Java只支持单继承,因此枚举类是无法手动实现继承的),可以把enum类当成常规类,也就是说我们可以向enum类中添加方法和变量,甚至是mian方法,下面就来感受一把。

向enum类添加方法与自定义构造函数

重新定义一个日期枚举类,带有desc成员变量描述该日期的对于中文描述,同时定义一个getDesc方法,返回中文描述内容,自定义私有构造函数,在声明枚举实例时传入对应的中文描述,代码如下:

package com.zejian.enumdemo;

public enum Day2 {
    MONDAY("星期一"),
    TUESDAY("星期二"),
    WEDNESDAY("星期三"),
    THURSDAY("星期四"),
    FRIDAY("星期五"),
    SATURDAY("星期六"),
    SUNDAY("星期日");//记住要用分号结束

    private String desc;//中文描述

    /**
     * 私有构造,防止被外部调用
     * @param desc
     */
    private Day2(String desc){
        this.desc=desc;
    }

    /**
     * 定义方法,返回描述,跟常规类的定义没区别
     * @return
     */
    public String getDesc(){
        return desc;
    }

    public static void main(String[] args){
        for (Day2 day:Day2.values()) {
            System.out.println("name:"+day.name()+
                    ",desc:"+day.getDesc());
        }
    }
}

/** 输出结果:     
name:MONDAY,desc:星期一     
name:TUESDAY,desc:星期二     
name:WEDNESDAY,desc:星期三     
name:THURSDAY,desc:星期四     
name:FRIDAY,desc:星期五     
name:SATURDAY,desc:星期六     
name:SUNDAY,desc:星期日*/

从上述代码可知,在enum类中确实可以像定义常规类一样声明变量或者成员方法。但是我们必须注意到,如果打算在enum类中定义方法,务必在声明完枚举实例后使用分号分开,倘若在枚举实例前定义任何方法,编译器都将会报错,无法编译通过,同时即使自定义了构造函数且enum的定义结束,我们也永远无法手动调用构造函数创建枚举实例,毕竟这事只能由编译器执行。

关于覆盖enum类方法

既然enum类跟常规类的定义没什么区别(实际上enum还是有些约束的),那么覆盖父类的方法也不会是什么难说,可惜的是父类Enum中的定义的方法只有toString方法没有使用final修饰,因此只能覆盖toString方法,如下通过覆盖toString省去了getDesc方法:

package com.zejian.enumdemo;

/**
 * Created by zejian on 2017/5/8.
 * Blog : http://blog.csdn.net/javazejian [原文地址,请尊重原创]
 */
public enum Day2 {
    MONDAY("星期一"),
    TUESDAY("星期二"),
    WEDNESDAY("星期三"),
    THURSDAY("星期四"),
    FRIDAY("星期五"),
    SATURDAY("星期六"),
    SUNDAY("星期日");//记住要用分号结束

    private String desc;//中文描述

    /**
     * 私有构造,防止被外部调用
     * @param desc
     */
    private Day2(String desc){
        this.desc=desc;
    }

    /**
     * 覆盖
     * @return
     */
    @Override
    public String toString() {
        return desc;
    }


    public static void main(String[] args){
        for (Day2 day:Day2.values()) {
            System.out.println("name:"+day.name()+
                    ",desc:"+day.toString());
        }
    }
}

/** 输出结果:    
name:MONDAY,desc:星期一     
name:TUESDAY,desc:星期二     
name:WEDNESDAY,desc:星期三     
name:THURSDAY,desc:星期四     
name:FRIDAY,desc:星期五     
name:SATURDAY,desc:星期六     
name:SUNDAY,desc:星期日*/

enum类中定义抽象方法

与常规抽象类一样,enum类允许我们为其定义抽象方法,然后使每个枚举实例都实现该方法,以便产生不同的行为方式,注意abstract关键字对于枚举类来说并不是必须的如下:

package com.zejian.enumdemo;

public enum EnumDemo3 {

    FIRST{
        @Override
        public String getInfo() {
            return "FIRST TIME";
        }
    },
    SECOND{
        @Override
        public String getInfo() {
            return "SECOND TIME";
        }
    }

    ;

    /**
     * 定义抽象方法
     * @return
     */
    public abstract String getInfo();

    //测试
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("F:"+EnumDemo3.FIRST.getInfo());
        System.out.println("S:"+EnumDemo3.SECOND.getInfo());
    }
}

/**输出结果:        
F:FIRST TIME         
S:SECOND TIME         
*/

通过这种方式就可以轻而易举地定义每个枚举实例的不同行为方式。我们可能注意到,enum类的实例似乎表现出了多态的特性,可惜的是枚举类型的实例终究不能作为类型传递使用,就像下面的使用方式,编译器是不可能答应的:

//无法通过编译,毕竟EnumDemo3.FIRST是个实例对象
 public void text(EnumDemo3.FIRST instance){ }

在枚举实例常量中定义抽象方法

enum类与接口

由于Java单继承的原因,enum类并不能再继承其它类,但并不妨碍它实现接口,因此enum类同样是可以实现多接口的,如下:

package com.zejian.enumdemo;

interface food{
    void eat();
}

interface sport{
    void run();
}

public enum EnumDemo2 implements food ,sport{
    FOOD,
    SPORT,
    ; //分号分隔

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("eat.....");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("run.....");
    }
}

有时候,我们可能需要对一组数据进行分类,比如进行食物菜单分类而且希望这些菜单都属于food类型,appetizer(开胃菜)、mainCourse(主菜)、dessert(点心)、Coffee等,每种分类下有多种具体的菜式或食品,此时可以利用接口来组织,如下(代码引用自Thinking in Java):

public interface Food {

enum Appetizer implements Food {SALAD, SOUP, SPRING_ROLLS;}

enum MainCourse implements Food {LASAGNE, BURRITO, PAD_THAI, LENTILS, HUMMOUS, VINDALOO;}


enum Dessert implements Food {TIRAMISU, GELATO, BLACK_FOREST_CAKE, FRUIT, CREME_CARAMEL;}

enum Coffee implements Food {BLACK_COFFEE, DECAF_COFFEE, ESPRESSO, LATTE, CAPPUCCINO, TEA, HERB_TEA;}
}

public class TypeOfFood {
    public static void main(String[] args) {
        Food food = Appetizer.SALAD;
        food = MainCourse.LASAGNE;
        food = Dessert.GELATO;
        food = Coffee.CAPPUCCINO;
    }
}

通过这种方式可以很方便组织上述的情景,同时确保每种具体类型的食物也属于Food,现在我们利用一个枚举嵌套枚举的方式,把前面定义的菜谱存放到一个Meal菜单中,通过这种方式就可以统一管理菜单的数据了。

public enum Meal{
  APPETIZER(Food.Appetizer.class),
  MAINCOURSE(Food.MainCourse.class),
  DESSERT(Food.Dessert.class),
  COFFEE(Food.Coffee.class);
  private Food[] values;
  private Meal(Class<? extends Food> kind) {
    //通过class对象获取枚举实例
    values = kind.getEnumConstants();
  }
  public interface Food {
    enum Appetizer implements Food {
      SALAD, SOUP, SPRING_ROLLS;
    }
    enum MainCourse implements Food {
      LASAGNE, BURRITO, PAD_THAI,
      LENTILS, HUMMOUS, VINDALOO;
    }
    enum Dessert implements Food {
      TIRAMISU, GELATO, BLACK_FOREST_CAKE,
      FRUIT, CREME_CARAMEL;
    }
    enum Coffee implements Food {
      BLACK_COFFEE, DECAF_COFFEE, ESPRESSO,
      LATTE, CAPPUCCINO, TEA, HERB_TEA;
    }
  }
} 

本文分享自微信公众号 - 一个优秀的废人(feiren_java)

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-05-28

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券