Java:枚举类也就这么回事

2019/04/10 10:10
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一、前言

本篇博客是对JDK1.5的新特性枚举的一波小小的总结,主要是昨天在看一部分面试题的时候,遇到了枚举类型的题目,发现自己有许多细节还需要加强,做起来都模棱两可,是时候总结一波了。

二、源自一道面试题

不多bb,直接开门见山,我遇到这样一道也许很简单的题目:

enum AccountType
{
    SAVING, FIXED, CURRENT;
    private AccountType()
    {
        System.out.println(“It is a account type”);
    }
}
class EnumOne
{
    public static void main(String[]args)
    {
        System.out.println(AccountType.FIXED);
    }
}

问打印的结果是啥?正确答案如下:

It is a account type
It is a account type
It is a account type
FIXED

至于结果为啥是这个,且看我慢慢总结。

三、枚举的由来

存在即合理。

我贼喜欢这句圣经,每次我一解释不了它为什么出现的时候,就不自觉地用上这句话。

枚举一定有他存在的价值,在一些时候,我们需要定义一个类,这个类中的对象是有限且固定的,比如我们一年有四个季节,春夏秋冬。

在枚举被支持之前,我们该如何定义这个Season类呢?可能会像下面这样:

public class Season {
    //private修饰构造器,无法随意创建对象
    private Season(){}
    //final修饰提供的对象在类外不能改变
    public static final Season SPRING = new Season();
    public static final Season SUMMER = new Season();
    public static final Season AUTUMN = new Season();
    public static final Season WINTER = new Season();
}

在定义上,这个Season类可以完成我们的预期,它们各自代表一个实例,且不能被改变,外部也不能随便创建实例。

但,通过自定义类实现枚举的效果有个显著的问题:代码量非常大。

于是,JDK1.5,枚举类应运而生。

四、枚举的定义形式

enum关键字用以定义枚举类,这是一个和classinterface关键字地位相当的关键字。也就是说,枚举类和我们之前使用的类差不太多,且enum和class修饰的类如果同名,会出错。

有一部分规则,类需要遵循的,枚举类也遵循:

  • 枚举类也可以定义成员变量、构造器、普通和抽象方法等。
  • 一个Java源文件最多只能定义一个public的枚举类,且类名与文件名相同。
  • 枚举类可以实现一个或多个接口。

也有一部分规则,枚举类显得与众不同:

  • 枚举类的实例必须在枚举类的第一行显式列出,以逗号分隔,列出的实例系统默认添加public static final修饰。
  • 枚举类的构造器默认私有,且只能是私有,可以重载。
  • 枚举类默认final修饰,无法被继承。
  • 枚举类都继承了java.lang.Enum类,所以无法继承其他的类。
  • 一般情况下,枚举常量需要用枚举类.枚举常量的方式调用。

知道这些之后,我们可以用enum关键字重新定义枚举类:

public enum Season{
    //定义四个实例
    SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER;
}

需要注意的是,在JDK1.5枚举类加入之后,switch-case语句进行了扩展,其控制表达式可以是任意枚举类型,且可以直接使用枚举值的名称,无需添加枚举类作为限定。

五、Enum类里有啥?

Enum类是所有enum关键字修饰的枚举类的顶级父类,里头定义的方法默认情况下,是通用的,我们来瞅它一瞅:

public abstract class Enum<E extends Enum<E>> extends Object implements Comparable<E>, Serializable

我们可以发现,Enum其实是一个继承自Object类的抽象类(Object类果然是顶级父类,不可撼动),并实现了两个接口:

  • Comparable:支持枚举对象的比较。
  • Serializable:支持枚举对象的序列化。

1、唯一的构造器

    protected Enum(String name, int ordinal) {
        this.name = name;
        this.ordinal = ordinal;
    }

官方文档这样说的:程序员不能去调用这个构造器,它用于编译器响应enum类型声明发出的代码,关于这一点,我们后面体会会更加深刻一些。

2、重要的方法们

关于Object类中的方法,这边就不赘述了,主要提一提特殊的方法。

public final String name()

返回这个枚举常量的名称。官方建议:大多数情况,最好使用toString()方法,因为可以返回一个友好的名字。而name()方法以final修饰,无法被重写。

public String toString()

源码上看,toString()方法和name()方法是相同的,但是建议:如果有更友好的常量名称显示,可以重写toString()方法。

public final int ordinal()

返回此枚举常量的序号(其在enum声明中的位置,其中初始常量的序号为零)。

大多数程序员将不需要这种方法。它被用于复杂的基于枚举的数据结构中,如EnumSet和EnumMap。

public final int compareTo(E o)

这个方法用于指定枚举对象比较顺序,同一个枚举实例只能与相同类型的枚举实例进行比较。

    public final int compareTo(E o) {
        Enum<?> other = (Enum<?>)o;
        Enum<E> self = this;
        if (self.getClass() != other.getClass() && // optimization
            //getDeclaringClass()方法返回该枚举常量对应Enum类的类对象
            self.getDeclaringClass() != other.getDeclaringClass())
            throw new ClassCastException();
        //该枚举常量顺序在o常量之前,返回负整数
        return self.ordinal - other.ordinal;
    }

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

该静态方法返回指定枚举类中指定名称的枚举常量。

3、凭空出现的values()方法

为什么会想到总结这个方法呢?其实也是有一定心路历程的,官方文档特别强调了一句话:

Note that when using an enumeration type as the type of a set or as the type of the keys in a map, specialized and efficient set and map implementations are available.

一般Note开头的玩意儿,还是比较重要的。大致意思如下:

当使用枚举类型作为集合的类型或映射中的键的类型时,可以使用专门化且有效的集合和映射实现。

看完非常不理解,于是开始查找资料,发现有一种用法:

Arrays.asList(AccountType.values())

很明显调用了这个枚举类的values()方法,但是刚才对枚举类的方法一通分析,也没看到有values()方法啊。但是编译器确实提示,有,确实有!

这是怎么回事呢?JDK文档是这么说的:

The compiler automatically adds some special methods when it creates an enum. For example, they have a static values method that returns an array containing all of the values of the enum in the order they are declared.

编译器会在创建一个枚举类的时候,自动在里面加入一些特殊的方法,例如静态的values()方法,它将返回一个数组,按照枚举常量声明的顺序存放它们。

这样一来,枚举类就可以和集合等玩意儿很好地配合在一起了,具体咋配合,以后遇到了就知道了。

关于这一点,待会反编译之后会更加印象深刻。

六、反编译枚举类

注:由于学识尚浅,这部分内容总结起来虚虚的,但是总归查找了许多的资料,如有说的不对的地方,还望评论区批评指正。

那么,回到我们文章开头提到的那到面试题,我们根据结果来推测程序运行之后发生的情况:

  • 其中的构造器被调用了三次,说明定义的枚举常量确实是三个活生生的实例,也就是说,每次创建实例就会调用一次构造器。
  • 然后,System.out.println(AccountType.FIXED);将会调用toString()方法,由于子类没有重写,那么将会返回name值,也就是"FIXED"

至此,我们的猜测结束,其实确实也大差不差了,大致就是这个过程。在一番查阅资料之后,我又尝试着去反编译这个枚举类文件:

我们先用javap -p AccountType.class命令试着反编译之后查看所有类和成员。

为了看看static中发生的情况,我试着用更加详细的指令,javap -c -l AccountType.class,试图获取本地变量信息表和行号,虽然我大概率还是看不太懂的。

我们以其中一个为例,参看虚拟机字节码指令表,大致过程如下:

  static {};
    Code:
       0: new           #4                  //创建一个对象,将其引用值压入栈
       3: dup                               //复制栈顶数值并将复制值压入栈顶
       4: ldc           #10                 //将String常量值SAVING从常量池推送至栈顶
       6: iconst_0                          //将int型0推送至栈顶
       7: invokespecial #11                 //调用超类构造器
      10: putstatic     #12                 //为指定的静态域赋值

以下为由个人理解简化的编译结构:

public final class AccountType extends java.lang.Enum<AccountType> {
    //静态枚举常量
    public static final AccountType SAVING;

    public static final AccountType FIXED;

    public static final AccountType CURRENT;

    //存储静态枚举常量的私有静态域
    private static final AccountType[] $VALUES;

    //编译器新加入的静态方法
    public static AccountType[] values();

    //调用实例方法获取指定名称的枚举常量
    public static AccountType valueOf(java.lang.String);

    static {
        //创建对象,传入枚举常量名和顺序
        SAVING = new AccountType("SAVING",0);
        FIXED = new AccountType("FIXED",1);
        CURRENT = new AccountType("CURRENT",2);
        //给静态域赋值
        $VALUES = new AccountType[]{
            SAVING,FIXED,CURRENT
        }
    };     
}

Enum类的构造器,在感应到enum关键字修饰的类之后,将会被调用,传入枚举常量的字符串字面量值(name)和索引(ordinal),创建的实例存在私有静态域&VALUES中。

而且编译器确实会添加静态的values()方法,用以返回存放枚举常量的数组。

七、枚举类实现单例

public enum  EnumSingleton {
    INSTANCE;
    public EnumSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

这部分等到以后总结单例模式再侃,先在文末贴个地址。

八、参考资料

通过javap命令分析java汇编指令 Java中的枚举与values()方法

原文出处:https://www.cnblogs.com/summerday152/p/12347079.html

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