C#中的模式匹配
C#从7.0开始，陆陆续续推出了各种模式匹配，模式是一种特殊的表达式，通过判断给定的值是否满足此表达式而返回true或者false，它就类似于正则表达式的作用。
目前（C#10），可以使用模式匹配的地方有三个：
1、is表达式，从C#7.0开始，is表达式的右边不在只是一个类型，而是一个模式，具体例子可见：C#中的is和as的用法
2、switch语句
3、switch表达式。从C#7.0开始，每个case语句不在是一个值，而是一个模式，具体例子可见：C#的switch的用法
现在，C#9.0版本后，已存在9中匹配模式：声明模式、类型模式、常量模式、关系模式、逻辑模式、属性模式、位置模式、var 模式、弃元模式。
声明模式
声明模式用于与检测表达式运行时的类型是否与指定的类型相匹配，如果匹配成功，则将匹配的结果给到指定声明的变量。
匹配判断成功的条件：
- 表达式运行时的类型与模式指定类型相同
- 表达式运行时的类型派生自模式指定类型，或者实现模式指定模型接口，换句话说，就是表达式运行时的类型可通过隐式引用装换成模式指定类型，隐式引用装换可参考C#中的隐式转换
- 表达式运行时的类型是模式指定类型的可为null的值类型
- 表达式运行时的类型可通过装箱或者取消装箱转换成模式指定类型
一个简单的例子：
static void Main(string[] args) { { //1.表达式运行时的类型与模式指定类型相同 object obj = new Exception(nameof(Exception)); if (obj is Exception exception) { Console.WriteLine(exception.Message); } } { //2.表达式运行时的类型可通过隐式引用装换成模式指定类型 object obj = new ArgumentNullException(); if (obj is Exception exception) { Console.WriteLine(exception.Message); } } { //3.表达式运行时的类型是模式指定类型的可为null的值类型 int? nullable_i = 1; if (nullable_i is int i) { Console.WriteLine(i); } } { //4.表达式运行时的类型可通过装箱或者取消装箱转换成模式指定类型 object obj = true; if (obj is bool b) { Console.WriteLine(b); } } }
类型模式
从C#9.0开始支持类型模式，类型模式是声明模式的一种简单化用法，只是检测表达式运行时的类型是否与指定的类型相匹配，而不需要将匹配成功后的结果给到一个变量，如：
static void Print(object value) { switch (value) { case int: Console.WriteLine("value is int"); break; case double: Console.WriteLine("value is double"); break; case string: Console.WriteLine("value is string"); break; case bool: Console.WriteLine("value is bool"); break; case object: Console.WriteLine("value is object"); break; } }
常量模式
常量模式用于测试表达式结果是否等于指定常量，这几乎就是C#6.0及之前版本中switch-case的用法，它可指定的常量类型包括：
- 整型（int、long、byte等）和浮点型（float、double、decimal等）
- 字符（char）和字符串（string）
- 布尔值 true 或 false
- 枚举类型值
- const声明的常量
- null
例如：
const string STR = "STR"; static void Print(object value) { switch (value) { case 1: Console.WriteLine(1); break; case 1.1: Console.WriteLine(1.1); break; case "string": Console.WriteLine("string"); break; case true: Console.WriteLine(true); break; case false: Console.WriteLine(false); break; case DayOfWeek.Saturday: case DayOfWeek.Sunday: Console.WriteLine("weekend"); break; case STR: Console.WriteLine(STR); break; case null: Console.WriteLine("null"); break; } }
注：对null的检测不会调用用户重载的相等运算符 ==
关系模式
关系模式用于将表达式结果与指定常量表达式进行比较，可以使用的关系运算符有：<、>、<= 、>=，而右边的常量表达式只能是：整型（int、long、byte等）、浮点型（float、double、decimal等）、字符（char）、枚举类型值。
static void Print(double value) { switch (value) { case < 0: Console.WriteLine("value is negative"); break; case 0: Console.WriteLine("value is 0"); break; case > 0: Console.WriteLine("value is positive"); break; case double.NaN: Console.WriteLine("value is NaN"); break; } }
逻辑模式
模式可以通过逻辑关系进行组合，逻辑模式用于检测表达式的结果是否与组合的模式匹配。组合逻辑使用关键字：and、or、not，例如：
static void Print(object value) { switch (value) { case 0: Console.WriteLine("value is 0"); break; case not 0 and (100 or -100): Console.WriteLine("abs(value)==100"); break; case not 0 and (> 0 and < 100): Console.WriteLine("value is positive and less than 100"); break; case not 0 and > 0: Console.WriteLine("value is positive and greater than 100"); break; case < -100 or (< 0 and > -100): Console.WriteLine("value is negative and not equals -100"); break; } }
注：and 优先级高于 or，我们可以使用括号来改变优先级
属性模式
属性模式用于提取表达式结果的属性或者字段，用于检测表达式结果是否满足指定的属嵌套模式匹配相匹配。
其实形式上，属性模式使用属性或者字段作为匹配对象，比如：
static void Main(string[] args) { DateTime time = DateTime.Now; switch (time) { case { Year: 2021, Month: 7, Day: 12 } t:Console.WriteLine($"Year: {t.Year}, Month: {t.Month}, Day: {t.Day}");break; case { Year: 2021, Month: 7 }: Console.WriteLine($"Year: {time.Year}, Month: {time.Month}"); break; case { Date: { Year: 2021, Month: 7 } }: Console.WriteLine($"recursion"); break;//使用嵌套递归 } }
可以看到，属性模式用于说明表达式的结果是否具有指定的结构，且对应的属性应该满足相对应的条件。
另外，需要注意的是，匹配的每个属性及字段的值是一个匹配模式，如：
static void Main(string[] args) { DateTime time = DateTime.Now; switch (time) { case { Year: 2020 or 2021, Month: <= 6, Day: 1 } t: Console.WriteLine($"the first day of every month in the first half of 2020 and 2021"); break; case { Year: not 2022 }: Console.WriteLine($"not 2022"); break; case { DayOfWeek: not DayOfWeek.Sunday and not DayOfWeek.Saturday }: Console.WriteLine($"recursion"); break; } }
基于这一点，属性模式可以和声明模式、类型模式等进行组合，用于对属性、字段等进行条件匹配：
DateTime time = DateTime.Now; if (time is DateTime { Year: >= 2021 }) { //something }
位置模式
位置模式的作用与属性模式一样，只是位置模式借助元组（解构表达式）的相关特性来提取属性或者字段，用于检测表达式结果是否满足指定的属嵌套模式匹配相匹配。
同时，属性模式中，会要求模式中的属性在匹配对象中显式的存在，否则编译报错，而位置模式因为基于解构，因此没有这种限制。
需要注意的是，元组中接收的每一项都是模式，如：
public class Point2D { public int X { get; set; } public int Y { get; set; } public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y); } static void Print(object point) { if (point is (> 0, > 0)) { //something } }
在使用方面，位置模式可以同声明模式、类型模式、属性模式等结合使用：
public class Point2D { public int X { get; set; } public int Y { get; set; } public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y); } public class Point3D { public int X { get; set; } public int Y { get; set; } public int Z { get; set; } public void Deconstruct(out int x, out int y, out int z) => (x, y, z) = (X, Y, Z); } static void Print(object point) { if (point is Point2D(> 0, > 0)) { //something } if (point is Point3D(> 0, > 0, > 0) { X: < 100, Y: < 100, Z: < 100 }) { //something } }
Var模式
var模式用户提取属性模式、位置模式等模式中的属性、字段等数据到指定的变量中，从而可以进行进一步的匹配或者使用。
例如：
public class Point2D { public int X { get; set; } public int Y { get; set; } public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y); } static void Print(object point) { //位置模式中使用var //(var x, var y)也可以写成 var (x, y) if (point is (var x, var y)) { Console.WriteLine($"X:{x} Y:{y}"); } //属性模式中使用var if (point is Point2D { X: var a, Y: var b }) { Console.WriteLine($"X:{a} Y:{b}"); } }
弃元模式
弃元模式使用下划线（_）作为变量，告诉编译器，这个变量被丢弃了，不再使用（这个弃元可能来源于golang中弃元的思想）。
弃元很有用，比如类型模式等价于在声明模式中声明弃元：
static void Main(string[] args) { object obj = 1; bool b = obj is int; //等价于 bool b = obj is int _; }
在位置模式和属性模式中也可以使用弃元：
public class Point2D { public int X { get; set; } public int Y { get; set; } public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y); } static void Print(object point) { //位置模式中使用弃元 //(var x, _)也可以写成 var (x, _) if (point is (var x, _)) { Console.WriteLine($"X:{x}"); } //属性模式中使用弃元 if (point is Point2D { X: var a, Y: _ }) { Console.WriteLine($"X:{a}"); } }
特别是元组，因为解构表达式的存在，因此在解构时，不得不接收每一项，而有时我们可能只关心其中的几项，这时弃元就爬上用场了：
(var a, _) = new Tuple<int, int>(1, 2); (_, var y) = new Point2D();
更多弃元的用法参考：C#中的弃元
参考文档：https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/patterns
