Go 語言中 enum 實現(xiàn)方式有哪些？一定要絕對類型安全嗎？
嗨！大家好，本文 Go 語言小技巧系列的第十二篇，往期文章查看：Go 語言小技巧。
你是否了解過 Go 中的枚舉呢？
枚舉，即 enum，可用于表示一組范圍固定的值，它能助我們寫出清晰、安全的代碼。
以編寫游戲程序為一個簡單案例：游戲中的角色有如戰(zhàn)士、法師或者弓箭手，這種范圍固定的值，就可以用枚舉來表示。
但 Go 中，枚舉的表現(xiàn)方式不像在某些其他語言中那樣直接。我們要想在 Go 中用好枚舉，就要了解 Go 中枚舉的不同表示形式和使用注意點。
使用 iota 和常量
在 Go 中，使用 iota 和常量是最常見的表示枚舉的方式。
什么是 iota？
iota 是 Go 中是一個非常特別的 Keyword，它可以幫助我們按一定規(guī)則創(chuàng)建一系列相關的常量，而無需手動為每個變量單獨賦值。這一點與枚舉的用途天然契合。
不了解上面文字的含義？
讓我們來看一個例子，基于 iota 快速創(chuàng)建特定規(guī)則的常量。
示例代碼，如下所示：
type Weekday int
const (
Sunday Weekday = iota // 0
Monday // 1
Tuesday // 2
Wednesday // 3
Thursday // 4
Friday // 5
Saturday // 6
)例子中，Weekday 類型有 7 個值，分別代表一周的七天。內部值從 0 開始，iota 自動增加賦值給每個常量，從 Sunday 到 Saturday 分別賦值 0-6。
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現(xiàn)在，我們就不用手動給每個常量賦值。
iota 還有很多騷操作，本文目標不在此，就不展開了。
這種方法的優(yōu)點是簡單，提供了一定程度上類型安全，但它也有局限性。
我覺得主要是兩點不足。
首先，對比其他語言的枚舉，它不能直接從字符串轉換到枚舉類型，以上面代碼為例，它不能從 "Sunday" 字符串轉為 Sunday 枚舉值。
其次，它的類型安全不是絕對安全。
如上的 Weekday 類型，我們雖不能將一個明確類型的變量賦值給 Weekday 類型變量：
day := 0 // int
// compiler: cannot use day (variable of type int)
// as Weekday value in variable declaration [IncompatibleAssign]
var sunday Weekday = day但卻可以將一個非 Weekday 類的字面量賦值給它。
// 字面量 10 賦值給類型為 Weekday 的 day 變量
var day Weekday = 10很明顯，10 這個數(shù)字并不在 Weekday 的有效范圍，但卻可以有效賦值而并沒有報錯。
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如果是其他枚舉機制完善的 enum 類型的語言，肯定是無法編譯通過的。
除了最基礎的實現(xiàn)方式，我們繼續(xù)看看還有哪些其他表示形式吧。
支持字符串轉化的枚舉值
我們在開發(fā) Web 應用時，常會遇到要將枚舉值以字符串形式表示的需求，特別是在與前端對接時。那么，就讓我們先嘗試實現(xiàn)這一個需求，string 變量與枚舉變量相互轉化。
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這個問題說來簡單，Go 語言中，我們可采用字符串常量作為枚舉值。
示例代碼，如下所示：
type HttpMethod string
const (
Get HttpMethod = "GET"
Post HttpMethod = "POST"
Put HttpMethod = "PUT"
Delete HttpMethod = "DELETE"
)這種方法簡單直觀，而且也易于與 JSON 等數(shù)據格式轉換。
type Request struct {
Method HttpMethod
URL string
}
func main() {
r := Request{Method: Get, URL: "https://zhihu.com"}
result, _ := json.Marshal(r)
fmt.Printf("%s\n", result)
}輸出：
{"Method":"GET","URL":"https://zhihu.com"}當如果我們還想保留原始的 iota 的整型枚舉值，畢竟它更輕量，占用內存空少。這是否可以實現(xiàn)呢？我們嘗試一下吧。
定義如下：
type HttpMethod int
const (
Get HttpMethod = iota
Post
Put
Delete
)只要在枚舉類型上增加整型值與字符串兩者間相互轉化的方法即可。
代碼如下所示：
// 從 string 轉為 HttpMethod
func NewFromString(method string) HttpMethod {
switch h {
case "Get":
// 省略 ...
case "Delete":
default:
return Get // default is Get or error, panic
}
}
// 從 HttpMethod 轉為 string
func (h HttpMethod) String() string {
switch h {
case Get:
return "Get"
// 省略 ...
default:
return "Unknown" // or error, panic
}
}我們實現(xiàn)從 string 構造 enum 方法，和從 enum 類型轉為 string 的 String 方法。
這里存在的一個問題，如果希望支持友好的 JSON 序列化反序列化的話，即枚舉用字符串表示，則需要為 HttpMethod 新增方法，實現(xiàn) json.Marshaler和json.Unmarshaler接口，自定義這個轉化過程。
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代碼如下：
// MarshalJSON 實現(xiàn) json.Marshaler 接口
func (h HttpMethod) MarshalJSON() ([]byte, error) {
return json.Marshal(h.String())
}
// UnmarshalJSON 實現(xiàn) json.Unmarshaler 接口
func (h *HttpMethod) UnmarshalJSON(data []byte) error {
var method string
if err := json.Unmarshal(data, &method); err != nil {
return err
}
*h = NewFromString(method)
return nil
}如果去找一些開源項目，可能會發(fā)現(xiàn)一些實現(xiàn)了這種 enum 的包，你只要通過 iota 定義枚舉類型，從字符串和枚舉間轉化的代碼可通過命令直接生成。
robpike 開發(fā)過一個工具名為 stringer[1]，可直接基于類似如上 HttpMethod 定義生成 String() 方法，不過它不是完整的 enum 支持。
//go:generate stringer -type=HttpMethod
type HttpMethod int
const (
Get HttpMethod = iota
Post
Put
Delete
)我們執(zhí)行 go generate 即可為 HttpMethod 類型生成 String 方法。
go generate這里有個提前，要單獨安裝下 stringer 命令。
不過，即使到現(xiàn)在，依然存在類型安全的問題，類似 var Hello HttpMethod = 10 這樣的代碼依然有效。
繼續(xù)吧！
結構體枚舉值
GO 中可基于結構體類型，實現(xiàn)枚舉效果。
舉例說明，我們創(chuàng)建一個顏色的枚舉，要求不僅有顏色的名字，還有顏色的 RGB 值。同時，為了方便記錄，我們可以給它加上一個枚舉整型值。
type Color struct {
Index int
Name string
RGB string
}這樣我們就有了一個顏色的枚舉，每個顏色都有一個索引、名字和 RGB 值。
如何使用呢？
類似于前面的方式，我們直接定義，如下所示：
var (
Red = Color{0, "Red", "#FF0000"}
Green = Color{1, "Green", "#00FF00"}
Blue = Color{2, "Blue", "#0000FF"}
)這種方法比較靈活，但也相對復雜。
好處也比較明顯，如現(xiàn)在能存儲的信息也更加豐富，前面類似于整型與字符串的各種轉化都變的輕而易舉了。我們直接整型數(shù)值 Color.Index、字符串 Color.Name。
不過，如果要最大化與其他庫結合，如自定義 JSON 轉化規(guī)則，要實現(xiàn) JSON 序列和反序列接口，字符串格式化要實現(xiàn) Stringer 接口等。
還有，這種結構其實不是常量類型的，就存在數(shù)據可更改的問題。不過，有這個安全需求的話，可考慮將成員字段私有化，通過方法變更即可。
結構體類似命名空間效果
在網上看到個有點傻的設計，順便也提一下吧。
假設，我們有很多枚舉類型，擔心可能會出現(xiàn)命名沖突，可以用結構體來創(chuàng)建一個“命名空間”，把相關的枚舉值組織在一起：
示例代碼如下所示：
var Colors = struct {
Red, Green, Blue Color
}{
Red = Color{0, "Red", "#FF0000"}
Green = Color{1, "Green", "#00FF00"}
Blue = Color{2, "Blue", "#0000FF"}
}上面的例子中定義了 Colors 變量，它是匿名結構體類型，字段名表示顏色，我們可通過 Colors.xxx 形式調用顏色。
我初期看到這個寫法，還以為限定了類型可定義的枚舉值范圍。發(fā)現(xiàn)其實不是，我依然可使用 Color 類型定義新值。
這很不優(yōu)雅，也很雞肋，其實我完全可以新建 package 實現(xiàn)。不過既然發(fā)現(xiàn)了這個方案，就寫到這里吧。
類型安全？
到這里，其實所有實現(xiàn)方式都沒有解決一個問題，那就是定義完枚舉后，依然繼續(xù)添加新的枚舉值。
我真的想實現(xiàn)這樣的能力呢？該如何做呢？
以前面 HttpMethod 為例，我要做的就是禁止通過 HttpMethod(1) 創(chuàng)建新枚舉值。
這不是很簡單嗎？
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我們只要將枚舉實現(xiàn)封裝成一個 package，將類型小寫，如 httpMethod，暴露它的類似 FromString 和其它函數(shù)，實現(xiàn)強制通過轉化函數(shù)它。
package httpmethod
type httpmethod string
const (
Get = "Get"
Post = "Post"
)
func FromString(method string) httpmethod {
switch method {
case "Get":
return Get
case "Post":
return Post
}
}現(xiàn)在，枚舉創(chuàng)建必須通過方法，我們就可以在其中實現(xiàn)限定創(chuàng)建規(guī)則。
方法可能挺好，但好像沒見到這么玩的？
為什么呢？
我的猜想是，開發(fā)時我們不會隨意創(chuàng)建新的枚舉值，對于邊界數(shù)據的傳遞，確保通過轉化函數(shù)處理不就行了嗎？
真實場景
對真實場景下枚舉的使用，有價值之處主要在與其他系統(tǒng)的對接。
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舉例而言，如來自前端 API 或數(shù)據庫，有時可能出現(xiàn)一些異常值。對這類場景，通過前面介紹，可提供轉化函數(shù)，在其中設置檢查規(guī)則。如果發(fā)現(xiàn)異常選擇丟棄，執(zhí)行如 error 或 panic。
而對于內部系統(tǒng)，如果使用類似于 protobuffer 協(xié)議，可在協(xié)議上限定好枚舉范圍，標記異常數(shù)據等。
當然，可能出現(xiàn)因為發(fā)布時間次序或者兄弟團隊忘記通知等，導致系統(tǒng)間枚舉值對不齊的情況，也會按上面的邏輯丟棄、error 等，便于即使發(fā)現(xiàn)。
對于團隊合作這類場景，最好的解決方式，還是要在設計系統(tǒng)時，考慮上下游的兼容性，而不是每當有變動，全員亂糟糟，這最容易導致生產事故了。
其實無論哪一種情況，重點在于保證進入系統(tǒng)的數(shù)據是否可通過轉化檢測，而不是多此一舉，限制類似于 HttpMethod("Get") 的類型轉化，因為沒有人會這么寫代碼。
總結
Go 語言中，枚舉的表達方式多種多樣。從簡單的 iota 到復雜的結構體方式，每種方法都有其適用場景。作為開發(fā)者，最好是根據自己的具體需求，選擇合適的實現(xiàn)方式。
最后，希望這篇文章能幫助你在使用 Go 語言時，更加靈活且游刃有余地使用枚舉 enum。
博客地址：Go語言中 enum 實現(xiàn)方式有哪些？一定要類型安全嗎？[2]
引用鏈接
[1] stringer: https://pkg.go.dev/golang.org/x/tools/cmd/stringer
[2] Go語言中 enum 實現(xiàn)方式有哪些？一定要類型安全嗎？: https://www.poloxue.com/posts/2024-02-02-how-to-use-enums-type-in-golang/
