java基础(十一) 枚举类型

2023-01-18 22:53:29

枚举类型Enum的简介

1.什么是枚举类型

枚举类型： 就是由一组具有名的值的有限集合组成新的类型。(即新的类)。

好像还是不懂，别急，咱们先来看一下 为什么要引入枚举类型

在没有引入枚举类型前，当我们想要维护一组常量集合时，我们是这样做的，看下面的例子：

class FavouriteColor_class{

	public static final  int RED   = 1;

	public static final  int BLACK = 3;

	public static final  int GREEN = 2;

	public static final  int BLUE  = 4;

	public static final  int WHITE = 5;

	public static final  int BROWN = 6;

}

当我们有枚举类型后，便可以简写成：

//枚举类型

public enum FavouriteColor {

    //枚举成员

	RED,GREEN,BLACK,BLUE,WHITE,BROWN

}

是不是很简单，很清晰。这样就可以省掉大量重复的代码，使得代码更加易于维护。

现在有点明白枚举类型的定义了吧！在说的再仔细一点，就是 使用关键字enum来用一组由常量组成的有限集合来创建一个新的class类 。至于新的class类型，请继续往下看。

二、深入分析枚举的特性与实现原理

上面仅仅简单地介绍了枚举类型的最简单的用法，下面我们将逐步深入，掌握枚举类型的复杂的用法，以及其原理。

1. 枚举成员

上面的枚举类FavouriteColor里面的成员便都是枚举成员，换句话说，枚举成员 就是枚举类中，没有任何类型修饰，只有变量名，也不能赋值的成员。

到这里还是对枚举成员很疑惑,我们先将上面的例子进行反编译一下：

public final class FavouriteColor extends Enum {

	public static final FavouriteColor RED;

	public static final FavouriteColor GREEN;

	public static final FavouriteColor BLACK;

	public static final FavouriteColor BLUE;

	public static final FavouriteColor WHITE;

	public static final FavouriteColor BROWN;

}

从反编译的结果可以看出，枚举成员都被处理成 public static final 的静态枚举常量。即上面例子的枚举成员都是枚举类FavouriteColor 的实例。

2. 为枚举类型添加方法、构造器、非枚举的成员

枚举类型在添加方法、构造器、非枚举成员时，与普通类是没有多大的区别，除了以下几个限制：

枚举成员必须是最先声明，且只能用一行声明（相互间以逗号隔开，分号结束声明）。
构造器的访问权限只能是private（可以不写，默认强制是private），不能是public、protected。

public enum FavouriteColor {

   //枚举成员

	RED, GREEN(2), BLACK(3), BLUE, WHITE, BROWN;// 必须要有分号

	// 非枚举类型的成员

	private int colorValue;

	public int aa;

	// 静态常量也可以

	public static final int cc = 2;

	//无参构造器

	private FavouriteColor() {

	}

       //有参构造器

	FavouriteColor(int colorValue) {

         this.colorValue = colorValue;

	}

	//方法

	public void print() {

		System.out.println(cc);

	}

}

可以看出，我们其实是可以使用Eunm类型做很多事情，虽然，我们一般只使用普通的枚举类型。

仔细看一下所有的枚举成员，我们会发现GREEN(2), BLACK(3) 这两个枚举成员有点奇怪！其实也很简答，前面说了，枚举成员其实就是枚举类型的实例，所以，GREEN(2), BLACK(3) 就是指明了用带参构造器，并传入参数，即可以理解成 FavouriteColor GREEN = new FavouriteColor(2)。其他几个枚举类型则表示使用无参构造器来创建对象。( 事实上，编译器会重新创建每个构造器，为每个构造器多加两个参数)。

3. 包含抽象方法的枚举类型

枚举类型也是允许包含抽象方法的（除了几个小限制外，枚举类几乎与普通类一样），那么包含抽象方法的枚举类型的枚举成员是怎么样的，编译器又是怎么处理的？

我们知道，上面的例子 FavouriteColor 类经过反编译后得到的类是一个继承了Enum的final类：

public final class FavouriteColor extends Enum

那么包含抽象方法的枚举类型是不是也是被编译器处理成 final类，如果是这样，那有怎么被子类继承呢？还是处理成 abstract 类呢？

我们看个包含抽象方法的枚举类的例子，Fruit 类中有三种水果，希望能为每种水果输出对应的信息：

public enum Frutit {

	APPLE {

		@Override

		public void printFruitInfo() {

           System.out.println("This is apple");

		}

	},BANANA {

		@Override

		public void printFruitInfo() {

			System.out.println("This is apple");

		}

	},WATERMELON {

		@Override

		public void printFruitInfo() {

			System.out.println("This is apple");

		}

	};

	//抽象方法

	public abstract void printFruitInfo();

    public static void main(String[] arg) {

		Frutit.APPLE.printFruitInfo();

	}

}

运行结果：

This is apple

对于上面的枚举成员的形式也很容易理解，因为枚举成员是一个枚举类型的实例，上面的这种形式就是一种匿名内部类的形式，即每个枚举成员的创建可以理解成：

	BANANA = new Frutit("BANANA", 1) {//此构造器是编译器生成的，下面会说

		public void printFruitInfo() {//匿名内部类的抽象方法实现。

			System.out.println("This is apple");

		}

	};

事实上，编译器确实就是这样处理的，即上面的例子中，创建了三个匿名内部类，同时也会多创建三个class文件：

最后，我们反编译一下fruit类，看fruit类的定义：

public abstract class Frutit extends Enum

Fruit类被处理成抽象类，所以可以说，枚举类型经过编译器的处理，含抽象方法的将被处理成抽象类，否则处理成final类。

4. 枚举类型的父类 -- Enum

每一个枚举类型都继承了Enum，所以是很有必要来了解一下Enum；

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>

        implements Comparable<E>, Serializable {

//枚举成员的名称

private final String name;

//枚举成员的顺序，是按照定义的顺序，从0开始

private final int ordinal;

//构造方法

protected Enum(String name, int ordinal) {

        this.name = name;

        this.ordinal = ordinal;

    }

 public final int ordinal() {//返回枚举常量的序数

        return ordinal;

    }

 }

 public final 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。

        return name;

    }

 public final boolean equals(Object other) {

        return this==other;//比较地址

    }

public final int hashCode() {

        return super.hashCode();

 }

public final int compareTo(E o) {//返回枚举常量的序数

    //是按照次序 ordinal来比较的

}

 public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,  String name) { }

 public String toString() {

        return name;

    }

以上都是一些可能会用到的方法，我们从上面可以发现两个有趣的地方：

Enum类实现了 Serializable 接口，也就是说可以枚举类型可以进行序列化。
Enum的几乎所有方法都是final方法，也就是说，枚举类型只能重写toString()方法，其他方法不能重写，连hashcode()、equal()等方法也不行。

5. 真正掌握枚举类型的原理

上面说了这么多，都是片面地、简单地理解了枚举类型，但还没有完全掌握枚举类型的本质，有了上面的基础，我们将如鱼得水。

想要真正理解枚举类型的本质，就得了解编译器是如何处理枚举类型的，也就是老办法 -- 反编译。这次看一个完整的反编译代码，先看一个例子：

public enum Fruit {

	APPLE ,BANANA ,WATERMELON ;

	private int value;

	private Fruit() {//默认构造器

	   this.value = 0;

	} 

	private Fruit(int value) {//带参数的构造器

		this.value = value;

	}

}

反编译的结果：

public final class Fruit extends Enum {

   //3个枚举成员实例

	public static final Fruit APPLE;

	public static final Fruit BANANA;

	public static final Fruit WATERMELON;

	private int value;//普通变量

	private static final Fruit ENUM$VALUES[];//存储枚举常量的枚举数组

	static {//静态域，初始化枚举常量，枚举数组

		APPLE = new Fruit("APPLE", 0);

		BANANA = new Fruit("BANANA", 1);

		WATERMELON = new Fruit("WATERMELON", 2);

		ENUM$VALUES = (new Fruit[]{APPLE, BANANA, WATERMELON});

	}

	private Fruit(String s, int i) {//编译器改造了默认构造器

		super(s, i);

		value = 0;

	}

	private Fruit(String s, int i, int value) {//编译器改造了带参数的构造器

		super(s, i);

		this.value = value;

	}

	public static Fruit[] values() {//编译器添加了静态方法values()

		Fruit afruit[];

		int i;

		Fruit afruit1[];

		System.arraycopy(afruit = ENUM$VALUES, 0, afruit1 = new Fruit[i = afruit.length], 0, i);

		return afruit1;

	}

	public static Fruit valueOf(String s) {//编译器添加了静态方法valueOf()

		return (Fruit) Enum.valueOf(Test_2018_1_16 / Fruit, s);

	}

}

从反编译的结果可以看出，编译器为我们创建出来的枚举类做了很多工作：

对枚举成员的处理

编译器对所有的枚举成员处理成public static final的枚举常量，并在静态域中进行初始化。
构造器

编译器重新定义了构造器，不仅为每个构造器都增加了两个参数，还添加父类了的构造方法调用。
添加了两个类方法

编译器为枚举类添加了 values() 和 valueOf()。values()方法返回一个枚举类型的数组，可用于遍历枚举类型。valueOf()方法也是新增的，而且是重载了父类的valueOf()方法

注意了： 正因为枚举类型的真正构造器是再编译时才生成的，所以我们没法创建枚举类型的实例，以及继承扩展枚举类型（即使是被处理成abstract类）。枚举类型的实例只能由编译器来处理创建

三、枚举类型的使用

1. switch

	Fruit fruit = Fruit.APPLE;

	switch (fruit) {

	case APPLE:

		System.out.println("APPLE");

		break;

	case BANANA:

		System.out.println("BANANA");

		break;

	case WATERMELON:

		System.out.println("WATERMELON");

		break;

	}

2. 实现接口

实现接口就不多说了。枚举类型继承了Enum类，所以不能再继承其他类，但可以实现接口。

3. 使用接口组织枚举

前面说了，枚举类型是无法被子类继承扩展的，这就造成无法满足以下两种情况的需求：

希望扩展原来的枚举类型中的元素；
希望使用子类对枚举类型中的元素进行分组；

看一个例子：对食物进行分类，大类是 Food,Food下面有好几种食物类别，类别上才是具体的食物；

public interface Food {

	enum Appetizer implements Food {

		SALAD, SOUP, SPRING_ROLLS

	}

	enum Coffee implements Food {

		BLACK_COFFEE, DECAF_COFFEE, ESPERSSO, TEA;

	}

	enum Dessert implements Food {

		FRUIT, GELATO, TIRAMISU;

	}

}

接口Food作为一个大类，3种枚举类型做为接口的子类；Food管理着这些枚举类型。对于枚举而言，实现接口是使其子类化的唯一办法，所以嵌套在Food中的每个枚举类都实现了Food接口。从而“所有这东西都是某种类型的Food”。

Food food = Food.Coffee.ESPERSSO;//ESPERSSO不仅是coffee,也属于大类Food，达到分类的效果

4. 使用枚举来实现单例模式

对于序列化和反序列化，因为每一个枚举类型和枚举变量在JVM中都是唯一的，即Java在序列化和反序列化枚举时做了特殊的规定，枚举的writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法是被编译器禁用的，因此，对于枚举单例，是不存在实现序列化接口后调用readObject会破坏单例的问题。所以，枚举单例是单利模式的最佳实现方式。

public enum  EnumSingletonDemo {

	SINGLETON;

	//其他方法、成员等

	public int otherMethod() {

		return 0;

	}

}

单例的使用方式：

int a = EnumSingletonDemo.SINGLETON.otherMethod();

四、EnumSet、EnumMap

此处只是简单地介绍这两个类的使用，并不深入分析其实现原理。

1、EnumSet

EnumSet是一个抽象类，继承了AbstractSet类，其本质上就是一个Set。只不过，Enumset是要与枚举类型一起使用的专用 Set 实现。枚举 set 中所有键都必须来自单个枚举类型，该枚举类型在创建 set 时显式或隐式地指定。

public abstract class EnumSet<E extends Enum<E>> extends AbstractSet<E>

尽管JDK没有提供EnumSet的实现子类，但是EnumSet新增的方法都是static方法，而且这些方法都是用来创建一个EnumSet的对象。因此可以看做是一个对枚举中的元素进行操作的Set，而且性能也很高。看下面的例子：

public static void main(String[] args) {

	//创建对象，并指定EnumSet存储的枚举类型

	EnumSet<FavouriteColor> set = EnumSet.allOf(FavouriteColor.class);

	//移除枚举元素

	set.remove(FavouriteColor.BLACK);

	set.remove(FavouriteColor.BLUE);

	for(FavouriteColor color : set) {//遍历set

		System.out.println(color);

	}

}

运行结果：

RED

GREEN

WHITE

BROWN

EnumSet不支持同步访问。实现线程安全的方式是：

 Set<MyEnum> s = Collections.synchronizedSet(EnumSet.noneOf(MyEnum.class));

2. EnumMap

EnumMap是一个类，同样也是与枚举类型键一起使用的专用 Map 实现。枚举映射中所有键都必须来自单个枚举类型，该枚举类型在创建映射时显式或隐式地指定。枚举映射在内部表示为数组。此表示形式非常紧凑且高效。

public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V>

简单使用的例子：

public static void main(String[] args) {

    EnumMap< FavouriteColor,Integer> map = new EnumMap<>(FavouriteColor.class);

    map.put(FavouriteColor.BLACK,1 );

    map.put(FavouriteColor.BLUE, 2);

    map.put(FavouriteColor.BROWN, 3);

    System.out.println(map.get(FavouriteColor.BLACK));

}

同样，防止意外的同步操作：

     Map<EnumKey, V> m

         = Collections.synchronizedMap(new EnumMap<EnumKey, V>(...));

总结：

枚举类型继承于Enum类，所以只能用实现接口，不能再继承其他类。
枚举类型会编译器处理成抽象类（含抽象方法）或 final类。
枚举成员都是public static final 的枚举实例常量。枚举成员必须是最先声明,且只能声明一行（逗号隔开，分号结束）。
构造方法必须是 private，如果定义了有参的构造器，就要注意枚举成员的声明。没有定义构造方法时，编译器为枚举类自动添加的是一个带两个参数的构造方法,并不是无参构造器。
编译器会为枚举类添加 values() 和 valueOf()两个方法。
没有抽象方法的枚举类，被编译器处理成 final 类。如果是包含抽象方法的枚举类则被处理成抽象abstract类。
Enum实现了Serializable接口，并且几乎所有方法都是 final方法

参考文献

Java枚举enum以及应用：枚举实现单例模式

码农公寓