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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
  public enum Alignment
  {
      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
  .class public auto ansi sealed Aligment
         extends [mscorlib]System.Enum
  {
      .field public static literal Aligment Left = int32(0x00000000)
      .field public static literal Aligment Center = int32(0x00000001)
      .field public static literal Aligment Right = int32(0x00000002)

      .field public specialname rtspecialname int32 value__
  }

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：

public abstract class Enum : 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
  static void Main()
  {
      Type t = typeof(System.Enum);

      if (t.IsEnum)
          Console.WriteLine("I'm enum type.");

      if (t.IsValueType)
          Console.WriteLine("I'm value type.");
  }

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
  // See Code #01 for Alignment.
  static void Main()
  {
      Alignment a = Alignment.Center;

      Console.WriteLine(a.ToString());

      Console.WriteLine(a);
  }

对应的IL代码是：

  // Code #06
  .method private hidebysig static void Main() cil managed
  {
      .entrypoint
      // Code Size: 32 byte(s)
      .maxstack 1
      .locals (
            EnumerationFaq.Alignment alignment1)
      L_0000: ldc.i4.1 
      L_0001: stloc.0 
      L_0002: ldloc.0 
      L_0003: box EnumerationFaq.Alignment
      L_0008: call instance string [mscorlib]System.Enum::ToString()
      L_000d: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
      L_0012: nop 
      L_0013: ldloc.0 
      L_0014: box EnumerationFaq.Alignment
      L_0019: call void [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
  // See Code #01 for Alignment.
  class Program
  {
      static void Main()
      {
          Alignment a = Alignment.Center;

          Print(a);
      }

      static void Print(IConvertible c)
      {
          Console.WriteLine(c);
      }

      static void Print(IFormattable f)
      {
          Console.WriteLine(f);
      }

      static void Print(IComparable c)
      {
          Console.WriteLine(c);
      }

      static void Print(Object o)
      {
          Console.WriteLine(o);
      }

      static void Print(ValueType v)
      {
          Console.WriteLine(v);
      }

      static void Print(Enum e)
      {
          Console.WriteLine(e);
      }
  }

上面的代码将被编译成如下的IL：

  // Code #08
  .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
  {
      .entrypoint
      // Code Size: 15 byte(s)
      .maxstack 1
      .locals (
            EnumerationFaq.Alignment alignment1)
      L_0000: ldc.i4.1 
      L_0001: stloc.0 
      L_0002: ldloc.0 
      L_0003: box EnumerationFaq.Alignment
      // 调用static void Print(Enum e);
      L_0008: call void EnumerationFaq.Program::Print([mscorlib]System.Enum)
      L_000d: nop 
      L_000e: ret 
  }

---

Q：我留意到Code #02中的

.field public static literal Aligment Center = 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
  public enum Alignment : 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
  public enum Alignment
  {
      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
  public enum DriveType : 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

public static Array GetValues(Type enumType);

该方法返回一个包含所有枚举成员的数组：

  // Code #12
  // See Code #01 for Alignment.
  public static void Main()
  {
      Alignment[] alignments = (Alignment[])Enum.GetValues(typeof(Alignment));
      Console.WriteLine("Wanna see the values of Alignment's menbers?");
      foreach (Alignment a in alignments)
          Console.WriteLine("{0:G} = {0:D}", a);
  }

  // Output:
  // Wanna see the values of Alignment's menbers?
  // 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
  // See Code #01 for Alignment.
  public static void Main()
  {
      IConvertible ic = (IConvertible)Alignment.Center;
      int i = ic.ToInt32(null);
      Console.WriteLine("The value of Alignment.Center is {0}.", i);
  }

  // Output:
  // The value of Alignment.Center is 1.

---

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
  public enum CustomerKind
  {
      Normal = 90,
      Vip = 80,
      SuperVip = 70,
      InActive = 100
  }

  public class Customer
  {
      public readonly CustomerKind Kind;

      private double m_Payment;
      public double Payment
      {
          return m_Payment * (int)Kind / 100;
      }

      // Code here
  }

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
  // See Code #01 for Alignment.
  Alignment a