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关于枚举的种种 (Enumeration FAQ) [C#, IL, BCL]

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关于枚举的种种 [C#, IL, BCL]

Enumeration FAQ [C#, IL, BCL]

Updated on Tuesday, January 11, 2005

Written by Allen Lee

Q：在C#里，我们如何表达枚举类型？

A：你可以使用enum关键字（keyword）来声明一个枚举类型（enum type）：

//Code#01
publicenumAlignment
{
Left,
Center,
Right
}

Q：枚举类型是值类型（value type）还是引用类型（reference type）？

A：枚举类型都是值类型。

Q：System.Enum是枚举类型么？

A：不是。

Q：System.Enum与枚举类型（enum type）有什么关系？

A：System.Enum是一个抽象类（abstract class），所有枚举类型都直接继承自它，当然也同时继承了它的所有成员。

Q：那么System.Enum属于引用类型啦？

A：是的。

Q：既然System.Enum是引用类型，而枚举类型又是直接继承自System.Enum的，那为什么枚举类型却不是引用类型？

A：这种继承关系是隐式的并由编译器负责展开，上面Code #1的Alignment枚举被展开后的IL代码如下：

//Code#02
.classpublicautoansisealedAligment
extends[mscorlib]System.Enum
{
.fieldpublicstaticliteralAligmentLeft=int32(0x00000000)
.fieldpublicstaticliteralAligmentCenter=int32(0x00000001)
.fieldpublicstaticliteralAligmentRight=int32(0x00000002)

.fieldpublicspecialnamertspecialnameint32value__
}

从声明中，你可以看到Aligment的确是继承自System.Enum的，只是你不能在C#里显式声明这种继承关系。

Q：但你好像没有回答为什么枚举类型继承自一个引用类型后，却还是值类型！

A：你知道，所有的值类型都是System.ValueType的后代，枚举类型也不例外，枚举类型直接继承自System.Enum，而System.Enum却又直接继承自System.ValueType的，所以，枚举类型也是System.ValueType的后代。

Q：慢着！从System.ValueType派生出来的类型不都应该是值类型吗？为什么System.Enum会是引用类型？

A：正确的说法应该是“值类型都是System.ValueType的后代”，但System.ValueType的后代不全是值类型，System.Enum就是唯一的特例！在System.ValueType的所有后代中，除了System.Enum之外其它都是值类型。事实上，我们可以在.NET的源代码中找到System.Enum的声明：

publicabstractclassEnum:ValueType,IComparable,IFormattable,IConvertible

请注意，.NET Framework SDK v2.0.3600.0 Documentation中的Enum声明是错的：

public abstract struct Enum : IComparable, IFormattable, IConvertible

Q：开始头晕了，究竟枚举类型、System.Enum、System.ValueType、值类型和引用类型之间存在着什么样的关系？

A：简单的说，

  • 1. 所有枚举类型（enum type）都是值类型。
  • 2. System.Enum和System.ValueType本身是引用类型。
  • 3. 枚举类型（enum type）都是隐式的直接继承自System.Enum，并且这种继承关系只能由编译器自动展开。但System.Enum本身不是枚举类型（enum type）。
  • 4. System.Enum是一个特例，它直接继承自System.ValueType（参见Code #03），但本身却是一个引用类型。

好吧，现在来看看下面代码，你能猜得出它的输出结果吗？

//Code#04
staticvoidMain()
{
Typet=typeof(System.Enum);

if(t.IsEnum)
Console.WriteLine("I'menumtype.");

if(t.IsValueType)
Console.WriteLine("I'mvaluetype.");
}

请别惊讶于程序的运行结果没有任何输出！对于第一个判断，我们很清楚System.Enum并不是枚举类型。但第二个判断呢？System.Enum明明继承自System.ValueType，却不承认是System.ValueType的后代！这是.NET上的一个特例，恰恰体现出System.Enum是特殊性。

Q：既然枚举类型是值类型，自然会涉及到装箱和拆箱（boxing and unboxing）的问题，那么枚举类型会被装箱成什么呢？[Updated]

A：枚举类型可以被装箱成System.Enum、System.ValueType、System.Object或者System.IConvertible、System.IFormattable、System.IComparable。

注意：在.NET 1.1上，枚举类型只能被装箱到System.Enum、System.ValueType、System.Object；而在.NET 2.0上，枚举类型还能被装箱到System.Enum所实现的三个接口：System.IConvertible、System.IComparable、System.IFormattable。对应的装箱操作既可以为隐式的也可以是显式的。

下面的C#代码：

//Code#05
//SeeCode#01forAlignment.
staticvoidMain()
{
Alignmenta=Alignment.Center;

Console.WriteLine(a.ToString());

Console.WriteLine(a);
}

对应的IL代码是：

//Code#06
.methodprivatehidebysigstaticvoidMain()cilmanaged
{
.entrypoint
//CodeSize:32byte(s)
.maxstack1
.locals(
EnumerationFaq.Alignmentalignment1)
L_0000:ldc.i4.1
L_0001:stloc.0
L_0002:ldloc.0
L_0003:boxEnumerationFaq.Alignment
L_0008:callinstancestring[mscorlib]System.Enum::ToString()
L_000d:callvoid[mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
L_0012:nop
L_0013:ldloc.0
L_0014:boxEnumerationFaq.Alignment
L_0019:callvoid[mscorlib]System.Console::WriteLine(object)
L_001e:nop
L_001f:ret
}

从IL代码中我们可以看到枚举类型被装箱两次。第一次（L_0003）被装箱成System.Enum，而第二次（L_0014）就被装箱成System.Object。

但如果你让编译器自动为你选择装箱类型的话，它会优先考虑System.Enum：

//Code#07
//SeeCode#01forAlignment.
classProgram
{
staticvoidMain()
{
Alignmenta=Alignment.Center;

Print(a);
}

staticvoidPrint(IConvertiblec)
{
Console.WriteLine(c);
}

staticvoidPrint(IFormattablef)
{
Console.WriteLine(f);
}

staticvoidPrint(IComparablec)
{
Console.WriteLine(c);
}

staticvoidPrint(Objecto)
{
Console.WriteLine(o);
}

staticvoidPrint(ValueTypev)
{
Console.WriteLine(v);
}

staticvoidPrint(Enume)
{
Console.WriteLine(e);
}
}

上面的代码将被编译成如下的IL：

//Code#08
.methodprivatehidebysigstaticvoidMain(string[]args)cilmanaged
{
.entrypoint
//CodeSize:15byte(s)
.maxstack1
.locals(
EnumerationFaq.Alignmentalignment1)
L_0000:ldc.i4.1
L_0001:stloc.0
L_0002:ldloc.0
L_0003:boxEnumerationFaq.Alignment
//调用staticvoidPrint(Enume);
L_0008:callvoidEnumerationFaq.Program::Print([mscorlib]System.Enum)
L_000d:nop
L_000e:ret
}

Q：我留意到Code #02中的

.fieldpublicstaticliteralAligmentCenter=int32(0x00000001)

该语句明显是整数赋值，这是否说明枚举类型实质上是整数类型？

A：这说明枚举类型与整数类型的确有一定的关系。事实上，每一个枚举类型都有与之相对应的整数类型，我们称该整数类型为底层类型（underlying type），默认的情况下使用，.NET使用System.Int32。当然，你可以手动将其指定为其他的整数类型：

//Code#09
publicenumAlignment:byte
{
Left,
Center,
Right
}

注意，能被指定为枚举的底层类型的只能是如下所列的整数类型：byte, sbyte, short, ushort, int, uint, long, ulong。

Q：为何我们需要指定枚举类型的底层类型？

A：你完全可以让它接受默认的底层类型。请留意Code #08，你完全找不到“Center”这个字眼，然而在C#代码中，它却是存在的，为什么呢？这是因为代码在编译的时候，编译器把枚举类型转换为与之对应的底层类型的数值来处理。Code #08的L_0000实际上就是把类型为System.Int32的数值1推入堆栈，而不是把“Center”推入堆栈。事实上，底层类型说明了如何为枚举类型分配空间，不同的底层类型所占用的资源不同，大概当你在受限系统上进行开发的话，你就可能需要注意一下了。

Q：枚举成员的值是怎样规定的？

A：如果你没有手动指定成员的值的话，从上往下看，各成员的值为：0, 1, 2, ...。说罢了，就是一个非负整数等差数列，其初值为0，步长为1。例如：

//Code#10
publicenumAlignment
{
Left,//0
Center,//1
Right//2
}

Q：如果我有手动指定某些成员的值呢？

A：那么被赋值的成员的值就是你所指定的值。当然，无论你是否手动指定枚举成员的值，递增步长都不会变，总是为1。为了测试你是否理解，请说出下面枚举个成员的值以及你的判断理由（请用人脑而不是电脑来运行以下代码）：

//Code#11
publicenumDriveType:sbyte
{
CDRom,
Fixed=-2,
Network,
NoRootDirectory=-1,
Ram,
Removable=Network*NoRootDirectory,
Unknown
}

Q：我们如何获取枚举成员的值，无论成员是否被手动赋值？

A：你可以使用System.Enum的

publicstaticArrayGetValues(TypeenumType);

该方法返回一个包含所有枚举成员的数组：

//Code#12
//SeeCode#01forAlignment.
publicstaticvoidMain()
{
Alignment[]alignments=(Alignment[])Enum.GetValues(typeof(Alignment));
Console.WriteLine("WannaseethevaluesofAlignment'smenbers?");
foreach(Alignmentainalignments)
Console.WriteLine("{0:G}={0:D}",a);
}

//Output:
//WannaseethevaluesofAlignment'smenbers?
//Left=0
//Center=1
//Right=2

Q：如果我只需要其中某些枚举成员的值呢？

A：那么你可以把枚举转换为IConvertible接口，再调用对应的方法：

//Code#12
//SeeCode#01forAlignment.
publicstaticvoidMain()
{
IConvertibleic=(IConvertible)Alignment.Center;
inti=ic.ToInt32(null);
Console.WriteLine("ThevalueofAlignment.Centeris{0}.",i);
}

//Output:
//ThevalueofAlignment.Centeris1.

Q：为什么需要手动指定枚举成员的值？

A：一般情况下，使用默认的赋值规则就足够了，但某些情况下，为枚举成员指定一个与实际情况（模型）相符的值可能更有意义，这要视你具体所建的模型而定。

还是让我们来一个实际的例子：

//Code#13
publicenumCustomerKind
{
Normal=90,
Vip=80,
SuperVip=70,
InActive=100
}

publicclassCustomer
{
publicreadonlyCustomerKindKind;

privatedoublem_Payment;
publicdoublePayment
{
returnm_Payment*(int)Kind/100;
}

//Codehere
}

我为枚举CustomerKind的每个成员都赋了一个特定的值，该值其实就是顾客购物折扣百分率。而在Customer类中，Payment属性就通过强类型转换来获取枚举成员的值（也就是购物折扣率），并用于货款计算。从这里可以看出，获取枚举成员的值还可以通过强类型转换方式。

Q：既然枚举类型可以强制转换为整数，那么整数是否也可以强制转换为枚举类型？

A：答案是肯定的。

//Code#14
//SeeCode#01forAlignment.
Alignmenta=(Alignment)1;

但这种机制可能使你遇到一些麻烦：

//Code#15
//SeeCode#01forAlignment.
classProgram
{
staticvoidMain()
{
Foo((Alignment)12345);
}

staticvoidFoo(Alignmenta)
{
//Codehere
}
}

你无法避免有人进行这样的恶作剧！！

Q：那么是否有办法对付这些恶作剧的人？

A：Sure！我们总不能假设人人都那么守规矩，所以，我们需要System.Enum的

publicstaticboolIsDefined(TypeenumType,objectvalue);

现在我们把Code #15的Foo方法改进一下：

//Code#16
//SeeCode#01forAlignment.
staticvoidFoo(Alignmenta)
{
if(!Enum.IsDefined(typeof(Alignment),a))
thrownewArgumentException("DONOTMAKEMISCHIEF!");

//Codehere
}

这样，恶作剧的人将会收到一个警告（异常消息）。当然，我们不排除有人是由于一时大意才造成这样的“恶作剧”，那么IsDefined方法同样可以帮助你处理好这些情况。

Q：我认为我们还可以使用条件判断语句来处理这种情况：

//Code#17
//SeeCode#01forAlignment.
staticvoidFoo(Alignmenta)
{
if(a!=Alignment.Left&&<span s
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