Scala的模式匹配

一、模式匹配是什么?

核心思想:模式匹配就像"分类整理物品"------你提前设定好不同类别的规则,遇到一个物品时,自动将它归到对应的类别,并触发相应的操作。

if-else 的区别

  • if-else逐个条件判断(需要手动写条件)
  • 模式匹配是结构化拆解(自动按形状匹配)

二、模式匹配的 8 大应用场景

场景 1:匹配数据类型(判断变量类型)

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val obj: Any = "Hello"

obj match {
  case s: String => println(s"这是字符串:$s")
  case i: Int    => println(s"这是整数:$i")
  case _         => println("其他类型")
}

解释

  • 如果 objString,打印字符串;
  • 如果是 Int,打印整数;
  • _ 表示默认情况(类似 else)。

场景 2:匹配常量值(类似 switch

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val day = "Monday"

day match {
  case "Monday"    => println("周一")
  case "Tuesday"   => println("周二")
  case _           => println("其他天")
}

对比 if-else

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if (day == "Monday") println("周一")
else if (day == "Tuesday") println("周二")
else println("其他天")

优势:代码更简洁、结构化。


场景 3:匹配元组(结构化数据)

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val tuple = (1, "apple")

tuple match {
  case (1, fruit) => println(s"数量为 1,水果是 $fruit")
  case (qty, "banana") => println(s"香蕉有 $qty 个")
  case _ => println("未知")
}

输出数量为 1,水果是 apple

关键点 :自动按结构拆解元组,并绑定变量(如 fruit)。


场景 4:匹配列表(拆解元素)

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val list = List(1, 2, 3)

list match {
  case Nil          => println("空列表")
  case head :: tail => println(s"第一个元素是 $head,剩余部分是 $tail")
}

输出第一个元素是 1,剩余部分是 List(2, 3)

说明

  • :: 是列表的构造操作符(head 是第一个元素,tail 是剩余部分)。
  • 可以匹配不同长度的列表(如 case List(a, b) 匹配长度为 2 的列表)。

场景 5:匹配类对象(case class

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// 定义 case class(自动支持模式匹配)
case class Student(name: String, age: Int)

val student = Student("张三", 18)

student match {
  case Student("张三", age) => println(s"找到张三,年龄 $age")
  case Student(name, 20)  => println(s"找到年龄 20 的学生:$name")
  case _                  => println("其他学生")
}

输出找到张三,年龄 18

关键case class 天生适合模式匹配(自动提供解构能力)。


场景 6:匹配守卫条件(if 增强)

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val num = 15

num match {
  case n if n < 10 => println("小于 10")
  case n if n % 2 == 0 => println("偶数")
  case _ => println("其他")
}

输出其他

作用:在匹配模式后增加条件过滤。


场景 7:处理 Option 类型(安全处理空值)

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val maybeName: Option[String] = Some("Alice")

maybeName match {
  case Some(name) => println(s"名字是 $name")
  case None       => println("没有名字")
}

对比 Java 的 null 检查

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if (maybeName != null) {
  System.out.println("名字是 " + maybeName);
} else {
  System.out.println("没有名字");
}

优势:更安全、避免空指针异常。


场景 8:异常处理(try-catch

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try {
  // 可能抛出异常的代码
} catch {
  case e: FileNotFoundException => println("文件没找到")
  case e: IOException           => println("IO 错误")
  case _: Exception             => println("其他异常")
}

说明:Scala 的异常处理底层也是模式匹配!


三、模式匹配的底层原理

  • 编译阶段 :Scala 编译器会将模式匹配转换为高效的 if-elseswitch 字节码。
  • 优化 :对于 case class 或密封类(sealed class),编译器会检查是否覆盖所有可能情况。

四、模式匹配的 3 大优势

  1. 代码简洁:用结构代替繁琐的条件判断。
  2. 安全性
    • 编译时检查是否覆盖所有情况(对 sealed class)。
    • 避免直接访问对象内部字段(通过解构)。
  3. 表达力强:能处理复杂的数据结构(如嵌套的 JSON、XML)。

五、最佳实践

  1. 优先用 case class :为需要模式匹配的类添加 case 修饰符。

  2. 密封类(sealed :如果类的所有子类已知,用 sealed 修饰父类,编译器会检查匹配是否完整。

    scala复制代码

    复制代码
    sealed trait Message
    case class Text(content: String) extends Message
    case class Image(url: String) extends Message
    
    def process(msg: Message) = msg match {
      case Text(content) => println(s"文字消息:$content")
      case Image(url)    => println(s"图片地址:$url")
      // 不需要默认分支,因为密封类已覆盖所有情况
    }
  3. 避免过度使用 :简单判断用 if-else 更直观。


六、练习题(自测理解)

  1. 以下代码输出什么?

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    val x = List(1, 2, 3)
    x match {
      case List(1, _*) => println("以 1 开头")
      case _ => println("其他")
    }

    答案输出:以 1 开头(`_*` 匹配剩余任意元素)

  2. 如何用模式匹配判断一个 List 是否为空或只有一个元素?

    答案```scala list match { case Nil => println("空列表") case head :: Nil => println("只有一个元素") case _ => println("多个元素") } ```

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