《Effective Java》学习日志（五）38：使用接口模拟可扩展的枚举

学习资料主要参考：《Effective Java Third Edition》，作者：Joshua Bloch

在几乎所有方面，枚举类型都优于本书第一版中描述的类型安全模式[Bloch01]。

从表面上看，一个例外涉及可扩展性，这在原始模式下是可能的，但不受语言结构支持。换句话说，使用该模式，有可能使一个枚举类型扩展为另一个; 使用语言功能特性，它不能这样做。这不是偶然的。大多数情况下，枚举的可扩展性是一个糟糕的主意。令人困惑的是，扩展类型的元素是基类型的实例，反之亦然。枚举基本类型及其扩展的所有元素没有好的方法。最后，可扩展性会使设计和实现的很多方面复杂化。

也就是说，对于可扩展枚举类型至少有一个有说服力的用例，这就是操作码（ operation codes），也称为opcodes。操作码是枚举类型，其元素表示某些机器上的操作，例如Item 34中的Operation类型，它表示简单计算器上的功能。有时需要让API的用户提供他们自己的操作，从而有效地扩展API提供的操作集。

幸运的是，使用枚举类型有一个很好的方法来实现这种效果。基本思想是利用枚举类型可以通过为opcode类型定义一个接口，并实现任意接口。

例如，这里是来自Item 34的Operation类型的可扩展版本：

// Emulated extensible enum using an interface 
public interface Operation { 
    double apply(double x, double y); 
} 

public enum BasicOperation implements Operation { 
    PLUS("+") { 
        public double apply(double x, double y) { return x + y; } 
    }, 
    MINUS("-") { 
        public double apply(double x, double y) { return x - y; } 
    }, 
    TIMES("*") { 
        public double apply(double x, double y) { return x * y; } 
    }, 
    DIVIDE("/") { 
        public double apply(double x, double y) { return x / y; } 
    }; 
    
    private final String symbol; 
    
    BasicOperation(String symbol) { 
        this.symbol = symbol; 
    } 
    
    @Override public String toString() { 
        return symbol; 
    } 
} 

虽然枚举类型（BasicOperation）不可扩展，但接口类型（Operation）是可以扩展的，并且它是用于表示API中的操作的接口类型。你可以定义另一个实现此接口的枚举类型，并使用此新类型的实例来代替基本类型。

例如，假设想要定义前面所示的操作类型的扩展，包括指数运算和余数运算。你所要做的就是编写一个实现Operation接口的枚举类型：

// Emulated extension enum
public enum ExtendedOperation implements Operation {
    EXP("^") {
    public double apply(double x, double y) {
    return Math.pow(x, y);
    }}
    ,
    REMAINDER("%") {
    public double apply(double x, double y) {
    return x % y;
    }}
    ;
    
    private final String symbol;
    ExtendedOperation(String symbol) {
        this.symbol = symbol;
    }
    @Override public String toString() {
        return symbol;
    }
}

只要API编写为接口类型（Operation），而不是实现（BasicOperation），现在就可以在任何可以使用基本操作的地方使用新操作。请注意，不必在枚举中声明apply抽象方法，就像您在具有实例特定方法实现的非扩展枚举中所做的那样（第162页）。这是因为抽象方法（apply）是接口（Operation）的成员。

不仅可以在任何需要“基本枚举”的地方传递“扩展枚举”的单个实例，而且还可以传入整个扩展枚举类型，并使用其元素。例如，这里是第163页上的一个测试程序版本，它执行之前定义的所有扩展操作：

public static void main(String[] args) {
    double x = Double.parseDouble(args[0]);
    double y = Double.parseDouble(args[1]);
    test(ExtendedOperation.class, x, y);
}

private static <T extends Enum<T> & Operation> void test(
    Class<T> opEnumType, double x, double y) {
    for (Operation op : opEnumType.getEnumConstants())
        System.out.printf("%f %s %f = %f%n", x, op, y, op.apply(x, y));
}

注意，扩展的操作类型的类字面文字（ExtendedOperation.class）从main方法里传递给了test方法，用来描述扩展操作的集合。这个类的字面文字用作限定的类型令牌（Item 33）。 opEnumType参数中复杂的声明（ & Operation> Class）确保了Class对象既是枚举又是Operation的子类，这正是遍历元素和执行每个元素相关联的操作时所需要的。

第二种方式是传递一个 Collection，这是一个限定通配符类型（Item 31），而不是传递了一个class对象：

public static void main(String[] args) {
    double x = Double.parseDouble(args[0]);
    double y = Double.parseDouble(args[1]);
    test(Arrays.asList(ExtendedOperation.values()), x, y);
}
private static void test(Collection<? extends Operation> opSet,
    double x, double y) {
    for (Operation op : opSet)
        System.out.printf("%f %s %f = %f%n", x, op, y, op.apply(x, y));
}

生成的代码稍微不那么复杂，test方法灵活一点：它允许调用者将多个实现类型的操作组合在一起。另一方面，也放弃了在指定操作上使用EnumSet(Item 36)和EnumMap(Item 37)的能力。

上面的两个程序在运行命令行输入参数4和2时生成以下输出：

4.000000 ^ 2.000000 = 16.000000
4.000000 % 2.000000 = 0.000000

2.000000 = 16.000000 4.000000 % 2.000000 = 0.000000 ```

使用接口来模拟可扩展枚举的一个小缺点是，实现不能从一个枚举类型继承到另一个枚举类型。如果实现代码不依赖于任何状态，则可以使用默认实现(Item 20)将其放置在接口中。在我们的Operation示例中，存储和检索与操作关联的符号的逻辑必须在BasicOperation和ExtendedOperation中重复。在这种情况下，这并不重要，因为很少的代码是冗余的。如果有更多的共享功能，可以将其封装在辅助类或静态辅助方法中，以消除代码冗余。

该Item中描述的模式在Java类库中有所使用。例如，java.nio.file.LinkOption枚举类型实现了CopyOption和OpenOption接口。

总之，虽然不能编写可扩展的枚举类型，但是你可以编写一个接口来配合实现接口的基本的枚举类型，来对它进行模拟。这允许客户端编写自己的枚举（或其它类型）来实现接口。如果API是根据接口编写的，那么在任何使用基本枚举类型实例的地方，都可以使用这些枚举类型实例。