C#一探究竟——枚举

枚举是值类型而System.Enum却是引用类型的原因

 

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）：

1. // Code #01
2. public enum Alignment
3. {
4. Left,
5. Center,
6. Right
7. }

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Q：C#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。

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Q：System.Enum是枚举类型么？

A：不是。

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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。

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Q：那么System.Enum属于引用类型啦？

A：是的。

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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：

1. // Code #02
2. .class public auto ansi sealed Aligment
3. extends [mscorlib]System.Enum
4. {
5. .field public static literal Aligment Left = int32(0x00000000)
6. .field public static literal Aligment Center = int32(0x00000001)
7. .field public static literal Aligment Right = int32(0x00000002)
8. .field public specialname rtspecialname int32 value__
9. }

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。

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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。

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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：

1. 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

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Q：开始头晕了，究竟C#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？

1. // Code #04
2. static void Main()
3. {
4. Type t = typeof(System.Enum);
5. if (t.IsEnum)
6. Console.WriteLine("I'm enum type.");
7. if (t.IsValueType)
8. Console.WriteLine("I'm value type.");
9. }

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。

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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：

1. // Code #05
2. // See Code #01 for Alignment.
3. static void Main()
4. {
5. Alignment a = Alignment.Center;
6. Console.WriteLine(a.ToString());
7. Console.WriteLine(a);
8. }

对应的IL代码是：

1. // Code #06
2. .method private hidebysig static void Main() cil managed
3. {
4. .entrypoint
5. // Code Size: 32 byte(s)
6. .maxstack 1
7. .locals (
8. EnumerationFaq.Alignment alignment1)
9. L_0000: ldc.i4.1
10. L_0001: stloc.0
11. L_0002: ldloc.0
12. L_0003: box EnumerationFaq.Alignment
13. L_0008: call instance string [mscorlib]System.Enum::ToString()
14. L_000d: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
15. L_0012: nop
16. L_0013: ldloc.0
17. L_0014: box EnumerationFaq.Alignment
18. L_0019: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(object)
19. L_001e: nop
20. L_001f: ret
21. }

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：

1. // Code #07
2. // See Code #01 for Alignment.
3. class Program
4. {
5. static void Main()
6. {
7. Alignment a = Alignment.Center;
8. Print(a);
9. }
10. static void Print(IConvertible c)
11. {
12. Console.WriteLine(c);
13. }
14. static void Print(IFormattable f)
15. {
16. Console.WriteLine(f);
17. }
18. static void Print(IComparable c)
19. {
20. Console.WriteLine(c);
21. }
22. static void Print(Object o)
23. {
24. Console.WriteLine(o);
25. }
26. static void Print(ValueType v)
27. {
28. Console.WriteLine(v);
29. }
30. static void Print(Enum e)
31. {
32. Console.WriteLine(e);
33. }
34. }

上面的代码将被编译成如下的IL：

1. // Code #08
2. .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
3. {
4. .entrypoint
5. // Code Size: 15 byte(s)
6. .maxstack 1
7. .locals (
8. EnumerationFaq.Alignment alignment1)
9. L_0000: ldc.i4.1
10. L_0001: stloc.0
11. L_0002: ldloc.0
12. L_0003: box EnumerationFaq.Alignment
13. // 调用static void Print(Enum e);
14. L_0008: call void EnumerationFaq.Program::Print([mscorlib]System.Enum)
15. L_000d: nop
16. L_000e: ret
17. }