Java枚举

什么是枚举

枚举就是把对象或者属性值一个一个地列举出来。而枚举类就是起到把类属性值一个一个列举出来的作用，枚举类是java5中提出的新概念。

枚举类在 Java 中实际上是一个特殊的类。虽然 enum 关键字用于定义枚举类型，但枚举类本质上是一个继承自 java.lang.Enum 的类。

枚举类的诞生

在没有枚举类之前，开发者通常使用常量来表示一组固定的值，(至于为何使用static、final则为了属性值方便使用、和属性值不变)例如：

public class Color {
    public static final int RED = 1;
    public static final int GREEN = 2;
    public static final int BLUE = 3;
}

这种方法存在几个问题：

• 类型不安全：这些常量的类型是 int，容易与其他 int 类型的变量混淆。
• 容易出错：如果传入了一个不在预期范围内的 int 值，编译器无法检测到错误。

使用枚举类可以确保类型安全：

public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE
}

现在，Color 是一个独立的类型，编译器会检查传递的值是否属于 Color 枚举类型。

以下是一个关于类型不安全的例子：

public class Color {
    public static final int RED = 1;
    public static final int GREEN = 2;
    public static final int BLUE = 3;
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int color = 4; // 传入了一个非法值
        processColor(color);
    }

    public static void processColor(int color) {
        switch (color) {
            case Color.RED:
                System.out.println("Red");
                break;
            case Color.GREEN:
                System.out.println("Green");
                break;
            case Color.BLUE:
                System.out.println("Blue");
                break;
            default:
                System.out.println("Unknown color"); // 处理非法值
                break;
        }
    }
}

在这个例子中，color 变量被赋值为 4，这是一个非法值。编译器无法检测到这个错误，运行时会输出 "Unknown color"。

而使用枚举类则可以确保类型安全，因为枚举常量是类型安全的，编译器会检查传递的值是否属于枚举类型。

枚举类的优势

此外，枚举类还有以下几个优势：

• 确保类型安全
• 语义更清晰
• 防止重复
• 提供了更多功能

枚举类提供了更好的语义，使得代码更具可读性和可维护性。例如：

public void setTrafficLight(Color color) {
    // 处理交通灯的颜色
}

setTrafficLight(Color.RED); // 明确表示设置交通灯为红色

枚举类确保了常量的唯一性，避免了重复定义。例如，多个常量可能被定义为相同的值，导致混淆：

public class Status {
    public static final int ACTIVE = 1;
    public static final int INACTIVE = 1; // 错误：重复定义
}

使用枚举类可以避免这种情况：

public enum Status {
    ACTIVE, INACTIVE
}

枚举类不仅仅是常量的集合，还可以包含方法、字段和构造函数，从而提供更多的功能。例如：

public enum Color {
    RED("红色"), GREEN("绿色"), BLUE("蓝色");

    private String displayName;

    Color(String displayName) {
        this.displayName = displayName;
    }

    public String getDisplayName() {
        return displayName;
    }
}

枚举类的定义

在 Java 中，定义枚举类使用 enum 关键字。枚举类可以包含常量、方法、字段和构造函数，使其具备更多的功能。

简单的定义

最简单的枚举类只包含一组常量：

public enum DayOfWeek {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}
// 以下为 使用方法
DayOfWeek today = DayOfWeek.FRIDAY;
// 直接  类名.常量名 即可

注意：枚举类的常量（MONDAY这些）不是 String 类型，而是枚举类型本身。具体来说，DayOfWeek 枚举类中的 MONDAY、TUESDAY 等常量的类型是 DayOfWeek。

原理探究

看到使用方法，是否想到了static关键字，没错。它的内部实现确实使用了static。

在 Java 中，枚举类本质上是一个特殊的类，每个枚举常量都是这个类的一个实例。这些实例在编译时创建，并且是唯一的、不可变的。

public enum DayOfWeek {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

在这个例子中，MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY 和 SUNDAY 都是 DayOfWeek 类的实例。这些实例在编译时创建，并且在整个应用程序的生命周期中是唯一的。

枚举类的内部结构

为了更好地理解这一点，可以看看枚举类的内部结构。编译器会将枚举类编译成类似于以下的类：

public final class DayOfWeek extends Enum<DayOfWeek> {
    public static final DayOfWeek MONDAY = new DayOfWeek("MONDAY", 0);
    public static final DayOfWeek TUESDAY = new DayOfWeek("TUESDAY", 1);
    public static final DayOfWeek WEDNESDAY = new DayOfWeek("WEDNESDAY", 2);
    public static final DayOfWeek THURSDAY = new DayOfWeek("THURSDAY", 3);
    public static final DayOfWeek FRIDAY = new DayOfWeek("FRIDAY", 4);
    public static final DayOfWeek SATURDAY = new DayOfWeek("SATURDAY", 5);
    public static final DayOfWeek SUNDAY = new DayOfWeek("SUNDAY", 6);

    private DayOfWeek(String name, int ordinal) {
        super(name, ordinal);
    }

    public static DayOfWeek[] values() {
        return (DayOfWeek[]) $VALUES.clone();
    }

    public static DayOfWeek valueOf(String name) {
        return (DayOfWeek) Enum.valueOf(DayOfWeek.class, name);
    }

    private static final DayOfWeek[] $VALUES = new DayOfWeek[] {
        MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
    };
}

1. 构造函数：每个枚举常量都是通过调用枚举类的私有构造函数创建的。构造函数接受两个参数：name 和 ordinal，分别表示枚举常量的名称和序号。
2. 唯一性：每个枚举常量在编译时创建，并且是唯一的。这些实例在运行时不会被重新创建。
3. 不可变性：枚举常量是不可变的，一旦创建，它们的值不能被修改。
4. 类型安全：枚举常量的类型是枚举类本身，确保了类型安全。

好了下面让我们继续介绍它的定义方式。

带有构造函数和字段的枚举

枚举类可以包含构造函数和字段，用于存储额外的信息：

public enum Color {
    RED("红色"),
    GREEN("绿色"),
    BLUE("蓝色");

    private String displayName;

    // 构造函数
    Color(String displayName) {
        this.displayName = displayName;
    }

    // 获取显示名称的方法
    public String getDisplayName() {
        return displayName;
    }
}

带有方法的枚举

枚举类可以包含方法，提供更多的功能：

public enum Planet {
    MERCURY(3.303e+23, 2.4397e6),
    VENUS(4.869e+24, 6.0518e6),
    EARTH(5.976e+24, 6.37814e6),
    MARS(6.421e+23, 3.3972e6),
    JUPITER(1.9e+27, 7.1492e7),
    SATURN(5.688e+26, 6.0268e7),
    URANUS(8.686e+25, 2.5559e7),
    NEPTUNE(1.024e+26, 2.4746e7);

    private final double mass;   // in kilograms
    private final double radius; // in meters

    // 构造函数
    Planet(double mass, double radius) {
        this.mass = mass;
        this.radius = radius;
    }

    // 获取质量的方法
    public double getMass() {
        return mass;
    }

    // 获取半径的方法
    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    // 计算重力加速度的方法
    public double surfaceGravity() {
        if (radius == 0) {
            throw new IllegalStateException("Radius cannot be zero");
        }
        return G * mass / (radius * radius);
    }

    // 计算表面重量的方法
    public double surfaceWeight(double otherMass) {
        return otherMass * surfaceGravity();
    }

    // 引力常数
    private static final double G = 6.67300E-11;
}