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C#枚舉的高級應用_基礎應用

作者：精致碼農 ? 更新時間： 2022-06-01 編程語言

文章開頭先給大家出一道面試題：

在設計某小型項目的數據庫（假設用的是 MySQL）時，如果給用戶表（User）添加一個字段（Roles）用來存儲用戶的角色，你會給這個字段設置什么類型？提示：要考慮到角色在后端開發時需要用枚舉表示，且一個用戶可能會擁有多個角色。

映入你腦海的第一個答案可能是：varchar 類型，用分隔符的方式來存儲多個角色，比如用?1|2|3?或?1,2,3?來表示用戶擁有多個角色。當然如果角色數量可能超過個位數，考慮到數據庫的查詢方便（比如用 INSTR 或 POSITION 來判斷用戶是否包含某個角色），角色的值至少要從數字 10 開始。方案是可行的，可是不是太簡單了，有沒有更好的方案？更好的回答應是整型（int、bigint 等），優點是寫 SQL 查詢條件更方便，性能、空間上都優于 varchar。但整型畢竟只是一個數字，怎么表示多個角色呢？此時想到了二進制位操作的你，心中應該早有了答案。且保留你心中的答案，接著看完本文，或許你會有意外的收獲，因為實際應用中可能還會遇到一連串的問題。為了更好的說明后面的問題，我們先來回顧一下枚舉的基礎知識。

枚舉基礎

枚舉類型的作用是限制其變量只能從有限的選項中取值，這些選項（枚舉類型的成員）各自對應于一個數字，數字默認從 0 開始，并以此遞增。例如：

public enum Days
{
    Sunday, Monday, Tuesday, // ...
}

其中 Sunday 的值是 0，Monday 是 1，以此類推。為了一眼能看出每個成員代表的值，一般推薦顯示地將成員值寫出來，不要省略：

public enum Days
{
    Sunday = 0, Monday = 1, Tuesday = 2, // ...
}

C# 枚舉成員的類型默認是 int 類型，通過繼承可以聲明枚舉成員為其它類型，比如：

public enum Days : byte
{
    Monday = 1,
    Tuesday = 2,
    Wednesday = 3,
    Thursday = 4,
    Friday = 5,
    Saturday = 6,
    Sunday = 7
}

枚舉類型一定是繼承自 byte、sbyte、short、ushort、int、uint、long 和 ulong 中的一種，不能是其它類型。下面是幾個枚舉的常見用法（以上面的 Days 枚舉為例）：

// 枚舉轉字符串
string foo = Days.Saturday.ToString(); // "Saturday"
string foo = Enum.GetName(typeof(Days), 6); // "Saturday"
// 字符串轉枚舉
Enum.TryParse("Tuesday", out Days bar); // true, bar = Days.Tuesday
(Days)Enum.Parse(typeof(Days), "Tuesday"); // Days.Tuesday

// 枚舉轉數字
byte foo = (byte)Days.Monday; // 1
// 數字轉枚舉
Days foo = (Days)2; // Days.Tuesday

// 獲取枚舉所屬的數字類型
Type foo = Enum.GetUnderlyingType(typeof(Days))); // System.Byte

// 獲取所有的枚舉成員
Array foo = Enum.GetValues(typeof(MyEnum);
// 獲取所有枚舉成員的字段名
string[] foo = Enum.GetNames(typeof(Days));

另外，值得注意的是，枚舉可能會得到非預期的值（值沒有對應的成員）。比如：

Days d = (Days)21; // 不會報錯
Enum.IsDefined(typeof(Days), d); // false

即使枚舉沒有值為 0 的成員，它的默認值永遠都是 0。

var z = default(Days); // 0

枚舉可以通過 Description、Display 等特性來為成員添加有用的輔助信息，比如：

public enum ApiStatus
{
    [Description("成功")]
    OK = 0,
    [Description("資源未找到")]
    NotFound = 2,
    [Description("拒絕訪問")]
    AccessDenied = 3
}

static class EnumExtensions
{
    public static string GetDescription(this Enum val)
    {
        var field = val.GetType().GetField(val.ToString());
        var customAttribute = Attribute.GetCustomAttribute(field, typeof(DescriptionAttribute));
        if (customAttribute == null) { return val.ToString(); }
        else { return ((DescriptionAttribute)customAttribute).Description; }
    }
}

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine(ApiStatus.Ok.GetDescription()); // "成功"
}

上面這些我認為已經包含了大部分我們日常用到的枚舉知識了。下面我們繼續回到文章開頭說的用戶角色存儲問題。

用戶角色存儲問題

我們先定義一個枚舉類型來表示兩種用戶角色：

public enum Roles
{
    Admin = 1,
    Member = 2
}

這樣，如果某個用戶同時擁有 Admin 和 Member 兩種角色，那么 User 表的 Roles 字段就應該存 3。那問題來了，此時若查詢所有擁有 Admin 角色的用戶的 SQL 該怎么寫呢？對于有基礎的程序員來說，這個問題很簡單，只要用位操作符邏輯與（‘&’）來查詢即可。

SELECT * FROM `User` WHERE `Roles` & 1 = 1;

同理，查詢同時擁有這兩種角色的用戶，SQL 語句應該這么寫：

SELECT * FROM `User` WHERE `Roles` & 3 = 3;

對這條 SQL 語句用 C# 來實現查詢是這樣的（為了簡單，這里使用了 Dapper）：

public class User
{
    public int Id { get; set; }
    public Roles Roles { get; set; }
}

connection.Query<User>(
    "SELECT * FROM `User` WHERE `Roles` & @roles = @roles;",
    new { roles = Roles.Admin | Roles.Member });

對應的，在 C# 中要判斷用戶是否擁有某個角色，可以這么判斷：

// 方式一
if ((user.Roles & Roles.Admin) == Roles.Admin)
{
    // 做管理員可以做的事情
}

// 方式二
if (user.Roles.HasFlag(Roles.Admin))
{
    // 做管理員可以做的事情
}

同理，在 C# 中你可以對枚舉進行任意位邏輯運算，比如要把角色從某個枚舉變量中移除：

var foo = Roles.Admin | Roles.Member;
var bar = foo & ~Roles.Admin;

這就解決了文章前面提到的用整型來存儲多角色的問題，不論數據庫還是 C# 語言，操作上都是可行的，而且也很方便靈活。

枚舉的 Flags 特性

下面我們提供一個通過角色來查詢用戶的方法，并演示如何調用，如下：

public IEnumerable<User> GetUsersInRoles(Roles roles)
{
    _logger.LogDebug(roles.ToString());
    _connection.Query<User>(
        "SELECT * FROM `User` WHERE `Roles` & @roles = @roles;",
        new { roles });
}

// 調用
_repository.GetUsersInRoles(Roles.Admin | Roles.Member);

Roles.Admin | Roles.Member?的值是 3，由于 Roles 枚舉類型中并沒有定義一個值為 3 的字段，所以在方法內 roles 參數顯示的是 3。3 這個信息對于我們調試或打印日志很不友好。在方法內，我們并不知道這個 3 代表的是什么。為了解決這個問題，C# 枚舉有個很有用的特性：FlagsAtrribute。

[Flags]
public enum Roles
{
    Admin = 1,
    Member = 2
}

加上這個 Flags 特性后，我們再來調試?GetUsersInRoles(Roles roles)?方法時，roles 參數的值就會顯示為?Admin|Member?了。簡單來說，加不加 Flags 的區別是：

var roles = Roles.Admin | Roles.Member;
Console.WriteLing(roles.ToString()); // "3"，沒有 Flags 特性
Console.WriteLing(roles.ToString()); // "Admin, Member"，有 Flags 特性

給枚舉加上 Flags 特性，我覺得應當視為 C# 編程的一種最佳實踐，在定義枚舉時盡量加上 Flags 特性。

解決枚舉值沖突：2 的冪

到這，枚舉類型 Roles 一切看上去沒什么問題，但如果現在要增加一個角色：Mananger，會發生什么情況？按照數字值遞增的規則，Manager 的值應當設為 3。

[Flags]
public enum Roles
{
    Admin = 1,
    Member = 2,
    Manager = 3
}

能不能把 Manager 的值設為 3？顯然不能，因為 Admin 和 Member 進行位的或邏輯運算（即：Admin | Member） 的值也是 3，表示同時擁有這兩種角色，這和 Manager 沖突了。那怎樣設值才能避免沖突呢？既然是二進制邏輯運算“或”會和成員值產生沖突，那就利用邏輯運算或的規律來解決。我們知道“或”運算的邏輯是兩邊只要出現一個 1 結果就會 1，比如 1|1、1|0 結果都是 1，只有 0|0 的情況結果才是 0。那么我們就要避免任意兩個值在相同的位置上出現 1。根據二進制滿 2 進 1 的特點，只要保證枚舉的各項值都是 2 的冪即可。比如：

1:  00000001
2:  00000010
4:  00000100
8:  00001000

再往后增加的話就是 16、32、64...，其中各值不論怎么相加都不會和成員的任一值沖突。這樣問題就解決了，所以我們要這樣定義 Roles 枚舉的值：

[Flags]
public enum Roles
{
    Admin = 1,
    Member = 2,
    Manager = 4,
    Operator = 8
}

不過在定義值的時候要在心中小小計算一下，如果你想懶一點，可以用下面這種“位移”的方法來定義：

[Flags]
public enum Roles
{
    Admin    = 1 << 0,
    Member   = 1 << 1,
    Manager  = 1 << 2,
    Operator = 1 << 3
}

一直往下遞增編值即可，閱讀體驗好，也不容易編錯。兩種方式是等效的，常量位移的計算是在編譯的時候進行的，所以相比不會有額外的開銷。

總結

本文通過一道小小的面試題引發一連串對枚舉的思考。在小型系統中，把用戶角色直接存儲在用戶表是很常見的做法，此時把角色字段設為整型（比如 int）是比較好的設計方案。但與此同時，也要考慮到一些最佳實踐，比如使用 Flags 特性來幫助更好的調試和日志輸出。也要考慮到實際開發中的各種潛在問題，比如多個枚舉值進行或（‘|’）運算與成員值發生沖突的問題。

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/willick/p/csharp-enum-superior-tactics.html

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