C#.Net筑基-模式匹配汇总

安木夕2024-05-14 8:16

01、模式匹配概述

从C#7开始支持的 模式匹配 语法（糖，挺甜），可非常灵活的对数据进行条件匹配和提取，经过多个版本的完善，已经非常强大了。

C# 支持多种模式，包括声明、类型、常量、关系、属性、列表、var 和弃元等，在is、switch语句、switch表达式中使用，还可以使用布尔逻辑关键字 and、or 和 not 组合多个模式，极大的简化了代码编写，可读性也还不错。

标题 说明 示例/备注
类型和声明模式 如果类型兼容，则申明并赋值变量 if (age is int i)
常量模式 检查表达式值是否等于、不等于（not）常量值 if(age is null || age is 0)
关系模式>< 使用关系运算符<、>、<= 或 >=匹配 case 0 or <=6
逻辑模式 用not>and >or连接多个模式表达式 case < 12 and ( >6 or 6)
属性模式{:} 对实例的属性、字段进行模式匹配：{属性/字段:匹配模式} if (b is { Year: < 2000, Month: 1 or 11 })
位置模式(解构) 基于解构赋值进行模式匹配：(解构参数) if(point is (_,>0,>0))
var 模式 用var申明（捕获）任意局部变量 if(point is var p && p.X>0)
弃元模式_ 弃元模式 _ 来匹配任何（其他）表达式 表示不要的
列表模式[] 对数组（列表）进行匹配，在中括号[]中匹配列表中的项 if(numbers is [_, 2, 3, ..])

📢 模式匹配基本都是语法糖，味道都不错！C#在编译时会输出原本的基础代码，可通过 https://sharplab.io/ 在线查看编译后的代码。

02、模式匹配

2.1、类型和声明模式

检查类型是否匹配，同时申明变量，如果类型兼容则申明并赋值变量，该变量在后面代码作用域中有效。

csharp 复制代码 
object age = "123";
if (age is int i)  //类型匹配+申明变量i
{
    Console.WriteLine($"age1 = {i}");
}
switch (age)
{
    case string:   //类型匹配
        Console.WriteLine($"type is string");
        break;
    case int iage: //类型匹配+申明变量iage
        Console.WriteLine($"age2 = {iage}");
        break;
}

//上面is语句编译后的代码效果：
if (obj is int)
{
    int value = (int)obj;
}

2.2、常量模式

检查表达式值是否等于、不等于（not）常量值，常量值包括字面量常量，也包括const常量值。传统的Switch语句就是常量模式匹配。

csharp 复制代码 
object age = null;
if (age is not null  && age is 100)   //age is 100 等同于 age is int && (int)age==100
{
    Console.WriteLine($"age1 = {age}");
}
var type = age switch{
        1 or 2 or 3=>"婴儿",
        4 => "幼儿",
        null or not 5 => "unknow",
        _=>"",
};

2.3、关系模式><

用关系运算符来匹配表达式，就是对常量数值进行大小比较运算，使用关系运算符<、>、<= 或 >=，多个表达式可用and、or连接，当然也支持括号。

csharp 复制代码 
object age = 6;
if (age is int n and >= 6)
{
    Console.WriteLine("666");
}
switch (age)
{
    case 0 or <=6:
        Console.WriteLine("幼儿");
        break;
    case < 12 and ( >6 or 6):
        Console.WriteLine("青少年");
        break;
}

2.4、逻辑模式not/and/or

用 not、and 和 or 模式连结符来创建逻辑模式，连接多个模式表达式。

  • 优先级顺序：not>and >or。
  • 推荐使用(括号)显示控制优先顺序，可读性更好。
csharp 复制代码 
object age = 6;
if (age is int n and (not 6 or >5) )
{
    Console.WriteLine("666");
}

2.5、属性模式{:}

对实例的属性、字段进行模式匹配，可以嵌套其他模式匹配，非常的强大，属性匹配用大括号来包装{属性/字段:匹配模式}。

  • 多个属性/字段都匹配为true时，最终才会匹配成功。
  • 可以结合类型申明模式使用。
  • 可嵌套使用，会递归匹配。
csharp 复制代码 
DateTime birthday = new DateTime(1999, 11, 12);
if (birthday is { Year: < 2000, Month: 1 or 11 })
{
    Console.WriteLine("年龄、星座不合适");
}

//嵌套使用
public record Point(int X, int Y);
public record Segment(Point Start, Point End);

static bool IsAnyEndOnXAxis(Segment segment) =>
    segment is { Start: { Y: 0 } } or { End: { Y: 0 } };
static bool IsAnyEndOnXAxis(Segment segment) =>
    segment is { Start.Y: 0 } or { End.Y: 0 };

2.6、位置模式(解构)

基于解构赋值进行模式匹配：

  • Tuple、record 和 DictionaryEntry是内置支持解构的，关于解构赋值可参考相关内容。
  • 用括号()报装，这也是 解构（Deconstruct）的语法形式。
  • 可以嵌套其他模式匹配，如常量、关系、逻辑、属性模式等。
csharp 复制代码 
void Main()
{
	Point point = new Point("sam", 12, 13);
	var len = point switch
	{
		//类型匹配、属性模式、位置模式：Name属性必须为string，且长度为0，X、Y值为0
		(string { Length: <= 0 }, 0, 0) => 0,		
		(_, > 0, 0) => point.X,  //X值大于0，Y值为0
		(_, 0, > 0) => point.Y,  //Y值大于0，X值为0
		(_, 10 or > 10, 10 or > 10) p => p.X * p.Y,
		_ => 0,
	};
}
public record Point(string Name, int X, int Y);

2.7、var 模式

用var申明（捕获）任意局部变量，把表达式的结果分配给var临时变量。算是类型模式的变种，将类型名替换成了var。

csharp 复制代码 
void Main()
{
	Point point = new Point("sam", 12, 13);
	if(point is var p && p.X>0 && p.Y>0){   //is var
		Console.WriteLine("OK");
	}	
	var len = point switch
	{
		var (_,x,y) when x>0 && y>0 => true,// var
	};
}
public record Point(string Name, int X, int Y);

2.8、弃元模式_

弃元模式（Discard Pattern），字面理解就是被遗弃、没人要的。可以将弃元模式看做是一个占位符，表示一个没人用的变量，可匹配任意类型，用来简化代码 。语法是用下划线"_"表示。

常用场景：

  • 1、解构时的占位符。
  • 2、在Switch中匹配任意其他模式，类似default的作用。
  • 3、在out参数中占位，表示一个没人用的out参数。
  • 4、独立弃元，接收无用的表达式输出。
csharp 复制代码 
var tuple = new Tuple<int, int>(3, 4);
var (x, _) = tuple;   //1、只需要第一个参数，其他就用"_"来占位
Console.WriteLine(x); //3

_= x switch
{
    2 or <2 => "small",
    int and <18=>"young",
    _=>"other",  //2、匹配其他模式，效果同default
};

int.TryParse("", out _); //3、不用的out变量，实际上是申明了变量的

async void Print(object arg)
{
    _ = arg ?? throw new ArgumentException();  //4、接收无用的返回，效果同下
    if (arg == null) throw new ArgumentException();
    _ = Task.Run(()=>Console.WriteLine("task run")); //接收一个不用的返回
}

弃元模式_是一个提供给编译器用的符号，告诉编译这个变量不用了，编译器会根据情况进行优化处理。在对out参数使用时，编译器会自动创建变量，如下代码：

csharp 复制代码 
int.TryParse("",out _);
//实际编译后的代码如下
int result;
int.TryParse("", out result);

📢需要注意的是 下划线_是并不是一个关键字，也能当做参数名来使用，不要混用。

2.9、列表模式[]

C#11支持的，对数组（列表）进行匹配，在中括号[]中匹配列表中的项。

  • 跳过的项可以用弃元模式_。
  • 可以用数组的切片模式匹配开头、结尾的元素。
csharp 复制代码 
void Main()
{
	int[] numbers = { 1, 2, 3, 4 };

	Console.WriteLine(numbers is [_, 2, 3, ..]);        // True
	Console.WriteLine(numbers is [0 or 1, <= 2, >= 3]); // False
}

03、模式匹配应用

上面的各种模式匹配主要就用在 is 运算符、switch 语句、switch 表达式 中。

3.1、is运算符

is 运算符 本来主要是用来检测类型兼容性的，加上模式匹配就能玩出各种花样了，极大简化了让各种检查类的代码。

csharp 复制代码 
object value = 12;
if (value is int && value is not null) //is类型检测+逻辑模式
{            
    Console.WriteLine(value);
}
if (value is int a && a > 6) //+申明模式
{
    Console.WriteLine(a);
}
if (value is int age and > 10 and < 14) //关系模式
{
    Console.WriteLine(age);
}
var user = new { Name = "sam", Age = 12 };
if (user is { Name: _, Age: > 10 })    //属性模式
{
    Console.WriteLine(user.Name);
}
int[] arr = new int[] { 1, 2, 3 };
if (arr is [> 0, ..])  //列表模式：第一个元素>0
{
    Console.WriteLine(arr);
}
var dt = new Tuple<string, int>("sam", 100);
if (dt is (_, > 60) d) //位置模式+申明模式（好像没什么用）
{
    Console.WriteLine(d.Item1);
}

3.2、switch..case语句

switch..case 语句 是很多语言中都有的基本多条件分支语句，传统的 case 只能用于匹配常量，多用于枚举。

  • case不能穿透，一个case 执行完后必须break结束，或者return返回（退出方法），可以多个case匹配执行一组逻辑代码。
  • 传统的case就是常量模式，而现代的case可以结合上面多种模式使用，非常强大。
  • 加when，自由附加更多条件。
csharp 复制代码 
	int age = 22;
	string sex = "Male";	
	switch (age)
	{
		case 1:
		case 2:
			Console.WriteLine("婴儿");
			break;
		case <= 3:
			Console.WriteLine("幼儿");
			break;
		case > 10 and < 16:
			Console.WriteLine("青少年");
			break;
		case > 18 when sex == "Male":
			Console.WriteLine("成年男性");
			break;
		case int:
			break;
	}

3.3、switch表达式

C#8中switch有了新的语法 ------ switch 表达式 ，可以看做是switch..case语句的一个变种，使用比较类似。switch表达式是一个赋值（输出）语句。

  • =>左侧为模式（返回一个bool），如果模式匹配（true）则返回右侧的值，最后一个弃元模式匹配其他情况，同default效果。
csharp 复制代码 
int type = 6;
var message = type switch
{
    <= 1 => "success",
    2 => "warning",
    3 => "error",
    > 3 and < 10 => "other error",
    _ => "unkonwn error",
};

可以用when来进行更多的判断，when后面的表达式就很自由了，只要返回boo即可。

csharp 复制代码 
object type = 6;
var message = type switch
{
    int i when i<6 => "ok",
    string s when s=="null"=>"Null",
    string s when !string.IsNullOrEmpty(s)=>"string value",
    _=>"unknown value"
};
Console.WriteLine(message);

支持多个变量的组合模式：用括号()包含多个变量

csharp 复制代码 
string gender = "male";
int age = 10;
string type = (gender,age) switch{
    ("male",>18)=>"VIP",
    (not "male",>26 and <35)=>"VVIP",
    _=>"",
};

参考资料

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