C#一探究竟——枚舉

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Q：在C#裡，我們如何表達枚舉類型？

A：你可以使用enum關鍵字（keyword）來聲明一個枚舉類型（enum type）：

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

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Q：C#枚舉類型是實值型別（value type）還是參考型別（reference type）？

A：枚舉類型都是實值型別。

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Q：System.Enum是枚舉類型嗎？

A：不是。

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Q：System.Enum與枚舉類型（enum type）有什麼關係？

A：System.Enum是一個抽象類別（abstract class），所有枚舉類型都直接繼承自它，當然也同時繼承了它的所有成員。

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Q：那麼System.Enum屬於參考型別啦？

A：是的。

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Q：既然System.Enum是參考型別，而枚舉類型又是直接繼承自System.Enum的，那為什麼枚舉類型卻不是參考型別？

A：這種繼承關係是隱式的並由編譯器負責展開，上面Code #1的Alignment枚舉被展開後的IL代碼如下：

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.  
9.     .field public specialname rtspecialname int32 value__  
10. }  

從聲明中，你可以看到Aligment的確是繼承自System.Enum的，只是你不能在C#裡顯式聲明這種繼承關係。

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Q：但你好像沒有回答為什麼枚舉類型繼承自一個參考型別後，卻還是實值型別！

A：你知道，所有的實值型別都是System.ValueType的後代，枚舉類型也不例外，枚舉類型直接繼承自System.Enum，而System.Enum卻又直接繼承自System.ValueType的，所以，枚舉類型也是System.ValueType的後代。

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Q：慢著！從System.ValueType派生出來的類型不都應該是實值型別嗎？為什麼System.Enum會是參考型別？

A：正確的說法應該是“實值型別都是System.ValueType的後代”，但System.ValueType的後代不全是實值型別，System.Enum就是唯一的特例！在System.ValueType的所有後代中，除了System.Enum之外其它都是實值型別。事實上，我們可以在.NET的原始碼中找到System.Enum的聲明：

1. public abstract class Enum : ValueType, IComparable, IFormattable, IConvertible  

請注意，.NET Framework SDK v2.0.3600.0 Documentation中的Enum聲明是錯的：

public abstract struct Enum : IComparable, IFormattable, IConvertible

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Q：開始頭暈了，究竟C#枚舉類型、System.Enum、System.ValueType、實值型別和參考型別之間存在著什麼樣的關係？

A：簡單的說，

1. 所有枚舉類型（enum type）都是實值型別。 
2. System.Enum和System.ValueType本身是參考型別。 
3. 枚舉類型（enum type）都是隱式的直接繼承自System.Enum，並且這種繼承關係只能由編譯器自動延伸。但System.Enum本身不是枚舉類型（enum type）。 
4. System.Enum是一個特例，它直接繼承自System.ValueType（參見Code #03），但本身卻是一個參考型別。
好吧，現在來看看下面代碼，你能猜得出它的輸出結果嗎？

1. // Code #04  
2. static void Main()  
3. {  
4.     Type t = typeof(System.Enum);  
5.  
6.     if (t.IsEnum)  
7.         Console.WriteLine("I‘m enum type.");  
8.  
9.     if (t.IsValueType)  
10.         Console.WriteLine("I‘m value type.");  
11. }  

請別驚訝於程式的運行結果沒有任何輸出！對於第一個判斷，我們很清楚System.Enum並不是枚舉類型。但第二個判斷呢？System.Enum明明繼承自System.ValueType，卻不承認是System.ValueType的後代！這是.NET上的一個特例，恰恰體現出System.Enum是特殊性。

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Q：既然枚舉類型是實值型別，自然會涉及到裝箱和拆箱（boxing and unboxing）的問題，那麼枚舉類型會被裝箱成什麼呢？[Updated]

A：枚舉類型可以被裝箱成System.Enum、System.ValueType、System.Object或者System.IConvertible、System.IFormattable、System.IComparable。

注意：在.NET 1.1上，枚舉類型只能被裝箱到System.Enum、System.ValueType、System.Object；而在.NET 2.0上，枚舉類型還能被裝箱到System.Enum所實現的三個介面：System.IConvertible、System.IComparable、System.IFormattable。對應的裝箱操作既可以為隱式的也可以是顯式的。

下面的C#代碼：

1. // Code #05  
2. // See Code #01 for Alignment.  
3. static void Main()  
4. {  
5.     Alignment a = Alignment.Center;  
6.  
7.     Console.WriteLine(a.ToString());  
8.  
9.     Console.WriteLine(a);  
10. }  

對應的IL代碼是：

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. }  

從IL代碼中我們可以看到枚舉類型被裝箱兩次。第一次（L_0003）被裝箱成System.Enum，而第二次（L_0014）就被裝箱成System.Object。

但如果你讓編譯器自動為你選擇裝箱類型的話，它會優先考慮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.  
9.         Print(a);  
10.     }  
11.  
12.     static void Print(IConvertible c)  
13.     {  
14.         Console.WriteLine(c);  
15.     }  
16.  
17.     static void Print(IFormattable f)  
18.     {  
19.         Console.WriteLine(f);  
20.     }  
21.  
22.     static void Print(IComparable c)  
23.     {  
24.         Console.WriteLine(c);  
25.     }  
26.  
27.     static void Print(Object o)  
28.     {  
29.         Console.WriteLine(o);  
30.     }  
31.  
32.     static void Print(ValueType v)  
33.     {  
34.         Console.WriteLine(v);  
35.     }  
36.  
37.     static void Print(Enum e)  
38.     {  
39.         Console.WriteLine(e);  
40.     }  
41. }  

上面的代碼將被編譯成如下的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.     // 調用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. }  

C#一探究竟——枚舉