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。

参考：

[Joshua01]

Effective Java Programming Language Guide , Joshua Bloch, Pearson Education，2001.
Java 高效编程指南（中文版），机械工业出版社，2002