通过反编译字节码来理解 Java 枚举

枚举的声明很简单, 像 

enum
Gender { Male, Female }

, 其余事情就是 Java 编译器帮我们干的了，所以 enum 也就是一块语法糖。有了枚举确实是很方便，避免了传统常量的无范围性。那么编译器到底在后面做了什么呢？以及理解了这个之后我们可以怎么去使用 Java 的枚举, 下面就从这个例子说起：

public enum Gender {
Male,
Female
}
把上面的编译成 Gender.class, 然后用  javap -c Gender 反编译出来就是
public final class Gender extends java.lang.Enum {
public static final Gender Male;

public static final Gender Female;

public static Gender[] values();
Code:
0: getstatic #1 // Field $VALUES:[LGender;
3: invokevirtual #2 // Method "[LGender;".clone:()Ljava/lang/Object;
6: checkcast #3 // class "[LGender;"
9: areturn

public static Gender valueOf(java.lang.String);
Code:
0: ldc_w #4 // class Gender
3: aload_0
4: invokestatic #5 // Method java/lang/Enum.valueOf:(Ljava/lang/Class;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Enum;
7: checkcast #4 // class Gender
10: areturn

static {};
Code:
0: new #4 // class Gender
3: dup
4: ldc #7 // String Male
6: iconst_0
7: invokespecial #8 // Method "":(Ljava/lang/String;I)V
10: putstatic #9 // Field Male:LGender;
13: new #4 // class Gender
16: dup
17: ldc #10 // String Female
19: iconst_1
20: invokespecial #8 // Method "":(Ljava/lang/String;I)V
23: putstatic #11 // Field Female:LGender;
26: iconst_2
27: anewarray #4 // class Gender
30: dup
31: iconst_0
32: getstatic #9 // Field Male:LGender;
35: aastore
36: dup
37: iconst_1
38: getstatic #11 // Field Female:LGender;
41: aastore
42: putstatic #1 // Field $VALUES:[LGender;
45: return
}

从上面的字节码能够粗略的知道以下几点

Gender 是 final 的

Gender 继承自 java.lang.Enum 类

声明了字段对应的两个 static final Gender 的实例

实现了 values() 和  valueOf(String) 静态方法

static{} 对所有成员进行初始化

有了以上的字节码，我们作进一步还原出 Gender 的普通类大概是这样的：

public final class Gender extends java.lang.Enum {

public static final Gender Male;
public static final Gender Female;

private static final Gender[] $VALUES;

static {
Male = new Gender("Male", 0);
Female = new Gender("Female", 1);

$VALUES = new Gender[] {Male, Female};
}

private Gender(String name, int original) {
super(name, original)
}

public static Gender[] values() {
return $VALUE.clone();
}

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

private Gender(String name, int origianl) 是我加上去的，是为了模拟枚举实例的创建，其实实例都是在 static 块中创建的。

当然上面的那个类是无法被编译的，因为 Java  编译器限制了我们显式的继承自 java.Lang.Enum 类, 报错 "The type Gender may not subclass Enum explicitly", 虽然 java.Lang.Enum 声明的是

public abstract class Enum>
implements Comparable, Serializable

这样看来枚举类其实用了多例模式，枚举类的实例是有范围限制的。它同样像我们的传统常量类，只是它的元素是有限的枚举类本身的实例。它继承自 java.lang.Enum, 所以可以直接调用 java.lang.Enum 的方法，如 name(), original() 等，name 就是常量名称, original 与 C 的枚举一样的编号。

可以在枚举类中自定义构造方法，但必须是  private 或  package protected, 因为枚举本质上是不允许在外面用 new Gender() 方式来构造实例的(Cannot instantiate the type Gender)，否则也是要乱了套的。

我们可以在枚举中定义自己的类，或实例方法，比如对于   

enum Gender

, 方法会直接定义给
Gender 类或实例上去。

由于 enum 隐式继承自 java.lang.Enum 类，且 Java 不接受类的多重继承，所以我们不能让 enum 再继承别的类，下面那样写是错误的

enum Gender extends Security {} //Syntax error on token "extends", implements expected

不能类多重继承，那枚举可以实现接口啊，因此下面的写法是正确的

public enum Gender implements Behavior {}

让枚举实现接口有时候可以让设计变得巧妙。

结合枚举实现接口以及自定义方法，可以写出下面那样的代码：

interface Behavior {
void print();
}

public enum Gender implements Behavior {
Male {
@Override
public void print() {
System.out.println("Male special behavior");
}
},
Female;

@Override
public void print() {
System.out.println("Common behavior");
}

public static void main(String[] args) {
Gender.Male.print(); //Male special behavior
Gender.Female.print();  //Common behavior
}
}

方法可以定义成所有实例公有，也可以让个别元素独有。

需要特别注明一下，上面在 Male {} 声明一个 print() 方法后实际产生一个 Gender 的匿名子类，编译后的 Gender$1，反编译它 javap -c Gender\$1：

final class Gender$1 extends Gender {
Gender$1(java.lang.String, int);
Code:
0: aload_0
1: aload_1
2: iload_2
3: aconst_null
4: invokespecial #1                  // Method Gender."":(Ljava/lang/String;ILGender$1;)V
7: return

public void print();
Code:
0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc           #3                  // String Male special behavior
5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
}

所以在 emum Gender 那个枚举中的成员  Male 相当于是
public static final Male = new Gender$1("Male", 0); //而不是 new Gender("Male", 0)


上面 4: Invokespecial #1 要调用到下面的 Gender(java.lang.String, int, Gender$1) 方法。

若要研究完整的 Male 元素的初始化过程就得 javap -c Gender 看 Gender.java 产生的所有字节码，在此列出片断

Gender(java.lang.String, int, Gender$1);
Code:
0: aload_0
1: aload_1
2: iload_2
3: invokespecial #1                  // Method "":(Ljava/lang/String;I)V
6: return

static {};
Code:
0: new           #14                 // class Gender$1
3: dup
4: ldc           #15                 // String Male
6: iconst_0
7: invokespecial #16                 // Method Gender$1."":(Ljava/lang/String;I)V
10: putstatic     #11                 // Field Male:LGender;

在 static{} 中大致看下 Male 的初始过程：加载 Gender$1, 并调用它的 Gender$1(java.lang.String, int) 构造函数生成一个 Gender$1 实例赋给 Male 属性。

JDK 提供有两个关于枚举的工具类  EnumSet 和 EnumMap,
实际中可以好好发掘发掘一下。

附：1. Java enum的用法详解

      2. Java
语言中 Enum 类型的使用介绍

      3. Guide
for understanding enum in java

 

本文链接 http://unmi.cc/understand-java-enum-with-bytecode/,
来自 隔叶黄莺 Unmi Blog