Scala （四）模式匹配

一、模式匹配

Scala 中的模式匹配类似于 Java 中的 switch 语法

int i = 10
switch (i) {
    case 10 :
        System.out.println("10");
        break;
    case 20 :
        System.out.println("20");
        break;
    default :
        System.out.println("other number");
        break;
}

但是 scala 从语法中补充了更多的功能，所以更加强大。

1.1 基本语法

模式匹配语法中，采用match关键字声明，每个分支采用case关键字进行声明，当需要匹配时，会从第一个case分支开始，如果匹配成功，那么执行对应的逻辑代码，如果匹配不成功，继续执行下一个分支进行判断。如果所有case都不匹配，那么会执行case _分支，类似于Java中default语句

object TestMatchCase {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    var a: Int = 10
    var b: Int = 20
    var operator: Char = 'd'

    var result = operator match {
      case '+' => a + b
      case '-' => a - b
      case '*' => a * b
      case '/' => a / b
      case _ => "illegal"
    }

    println(result)
  }
}

1.说明

（1）如果所有case都不匹配，那么会执行case _ 分支，类似于Java中default语句，若此时没有case _ 分支，那么会抛出 MatchError

（2）每个case中，不需要使用break语句，自动中断case

（3）match case语句可以匹配任何类型，而不只是字面量

（4）=> 后面的代码块，直到下一个case语句之前的代码是 作为一个整体执行，可以使用{}括起来，也可以不括

1.2 模式守卫

1.说明

如果想要表达匹配某个范围的数据，就需要在模式匹配中增加条件守卫

2.案例实操

object TestMatchGuard {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    def abs(x: Int) = x match {
      case i: Int if i >= 0 => i
      case j: Int if j < 0 => -j
      case _ => "type illegal"
    }
    println(abs(-5))
  }
}

输出结果：
5

1.3 模式匹配类型

匹配常量

1.说明

Scala中，模式匹配可以匹配所有的字面量，包括字符串，字符，数字，布尔值等等

2.案例实操

object TestMatchVal {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    println(describe(6))
  }

  def describe(x: Any) = x match {
    case 5 => "Int five"
    case "hello" => "String hello"
    case true => "Boolean true"
    case '+' => "Char +"
  }
}

匹配类型

1.说明

需要进行类型判断时，可以使用前文所学的 isInstanceOf[T] 和 asInstanceOf[T] ，也可使用模式匹配实现同样的功能

2.案例实操

object TestMatchClass {
  def describe(x: Any) = x match {
    case i: Int => "Int"
    case s: String => "String hello"
    case m: List[_] => "List"
    case c: Array[Int] => "Array[Int]"
    case someThing => "something else " + someThing
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //泛型擦除
    println(describe(List(1, 2, 3, 4, 5)))

    //数组例外，可保留泛型
    println(describe(Array(1, 2, 3, 4, 5, 6)))
    println(describe(Array("abc")))
  }
}

输出结果：
List
Array[Int]
something else [Ljava.lang.String;@75222b

匹配数组

1.说明

scala模式匹配可以对集合进行精确的匹配，例如匹配只有两个元素的、且第一个元素为0的数组

2.案例实操

object TestMatchArray {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //对一个数组集合进行遍历
    for (arr <- Array(Array(0), Array(1, 0), Array(0, 1, 0), Array(1, 1, 0), Array(1, 1, 0, 1), Array("hello", 90))) {
      val result = arr match {
        //匹配Array(0) 这个数组
        case Array(0) => "0"
        //匹配有两个元素的数组，然后将将元素值赋给对应的x,y
        case Array(x, y) => x + "," + y
        //匹配以0开头和数组
        case Array(0, _*) => "以0开头的数组"

        case _ => "something else"
      }
      println("result = " + result)
    }
  }
}

输出结果

result = 0
result = 1,0
result = 以0开头的数组
result = something else
result = something else
result = hello,90

匹配列表

1.方式一

object TestMatchList  {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        //list是一个存放List集合的数组
        // 请思考，如果要匹配 List(88) 这样的只含有一个元素的列表,并原值返回.应该怎么写
        for (list <- Array(List(0), List(1, 0), List(0, 0, 0), List(1, 0, 0), List(88))) {
            val result = list match {
                case List(0) => "0"
                //匹配List(0)
                case List(x, y) => x + "," + y
                //匹配有两个元素的List
                case List(0, _*) => "0 ..."
                case _ => "something else"
            }
            println(result)
        }
    }
}

输出结果

0
1,0
0 ...
something else
something else

2.方式二

object TestMatchList {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        val list: List[Int] = List(1, 2, 5, 6, 7)
        list match {
            case first :: second :: rest => println(first + "-" + second + "-" + rest)
            case _ => println("something else")
        }
    }
}

输出结果

1-2-List(5, 6, 7)

匹配元组

object TestMatchTuple {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        //对一个元组集合进行遍历
        for (tuple <- Array((0, 1), (1, 0), (1, 1), (1, 0, 2))) {
            val result = tuple match {
                //是第一个元素是0的元组
                case (0, _) => "0 ..."
                //匹配后一个元素是0的对偶元组
                case (y, 0) => "" + y + "0"
                case (a, b) => "" + a + " " + b
                //默认
                case _ => "something else"
            }
            println(result)
        }
    }
}

输出结果

0 ...
10
1 1

扩展案例

object TestGeneric {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        //特殊的模式匹配1   打印元组第一个元素
        for (elem <- Array(("a", 1), ("b", 2), ("c", 3))) {
            println(elem._1)
        }
        for ((word, count) <- Array(("a", 1), ("b", 2), ("c", 3))) {
            println(word)
        }
        for ((word, _) <- Array(("a", 1), ("b", 2), ("c", 3))) {
            println(word)
        }
        for (("a", count) <- Array(("a", 1), ("b", 2), ("c", 3))) {
            println(count)
        }
        println("--------------")
        //特殊的模式匹配2 给元组元素命名
        var (id, name, age): (Int, String, Int) = (100, "zs", 20)
        println((id, name, age))
        println("--------------")
        //特殊的模式匹配3   遍历集合中的元组，给count * 2
        var list: List[(String, Int)] = List(("a", 1), ("b", 2), ("c", 3))
        //println(list.map(t => (t._1, t._2 * 2)))
        println(
            list.map {
                case (word, count) => (word, count * 2)
            }
        )
        var list1 = List(("a", ("a", 1)), ("b", ("b", 2)), ("c", ("c", 3)))
        println(
            list1.map {
                case (groupkey, (word, count)) => (word, count * 2)
            }
        )
    }
}

输出结果：

匹配对象及样例类

1.基本语法

class User(val name: String, val age: Int)

object User {
    def apply(name: String, age: Int): User = new User(name, age)
    def unapply(user: User): Option[(String, Int)] = {
        if (user == null)
            None
        else
            Some(user.name, user.age)
    }
}
object TestMatchUnapply {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        val user: User = User("zhangsan", 11)
        val result = user match {
            case User("zhangsan", 11) => "yes"
            case _ => "no"    }
        println(result)
    }
}

2.小结

val user = User(“zhangsan”,11)，该语句在执行时，实际调用的是User伴生对象中的 apply 方法，因此不用 new关键字 就能构造出相应的对象。

当将 User("zhangsan", 11) 写在case后时[case User(“zhangsan”, 11) => “yes”]，会默认调用 unapply 方法(对象提取器)，user作为unapply方法的参数，unapply方法将user对象的name和age属性提取出来，与User(“zhangsan”, 11)中的属性值进行匹配

case中对象的unapply方法(提取器)返回Some，且所有属性均一致，才算匹配成功,属性不一致，或返回None，则匹配失败。

若只提取对象的一个属性，则提取器为 unapply(obj:Obj):Option[T]

若提取对象的多个属性，则提取器为 unapply(obj:Obj):Option[(T1,T2,T3…)]

若提取对象的可变个属性，则提取器为 unapplySeq(obj:Obj):Option[Seq[T]]

3.样例类

（1）语法

case class Person (name: String, age: Int)

（2）说明

样例类仍然是类，和普通类相比，只是其自动生成了伴生对象，并且伴生对象中自动提供了一些常用的方法，如 apply、unapply、toString、equals、hashCode和copy

样例类是为模式匹配而优化的类，因为其默认提供了unapply方法，因此，样例类可以直接使用模式匹配，而无需自己实现unapply方法

构造器中的每一个参数都成为val，除非它被显式地声明为var（不建议这样做）

（3）案例实操

上述匹配对象的案例使用样例类会节省大量代码

case class User(name: String, age: Int)
object TestMatchUnapply {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        val user: User = User("zhangsan", 11)
        val result = user match {
            case User("zhangsan", 11) => "yes"
            case _ => "no"
        }
        println(result)
    }
}

1.4 变量声明中的模式匹配

case class Person(name: String, age: Int)
object TestMatchVariable {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        val (x, y) = (1, 2)
        println(s"x=$x,y=$y")
        val Array(first, second, _*) = Array(1, 7, 2, 9)
        println(s"first=$first,second=$second")
        val Person(name, age) = Person("zhangsan", 16)
        println(s"name=$name,age=$age")
    }
}

输出结果

x=1,y=2
first=1,second=7
name=zhangsan,age=16

1.5 for表达式中的模式匹配

import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}
object TestMatchFor {
    
    def main(args: Array[String]): Unit = {
        val map = Map("A" -> 1, "B" -> 0, "C" -> 3)
        for ((k, v) <- map) { //直接将map中的k-v遍历出来
            println(k + " -> " + v)
            //3个
        }
        println("----------------------")
        //遍历value=0的 k-v ,如果v不是0,过滤
        for ((k, 0) <- map) {
            println(k + " --> " + 0) // B->0
        }
        println("----------------------")

        //if v == 0 是一个过滤的条件
        for ((k, v) <- map if v >= 1) {
            println(k + " ---> " + v) // A->1 和 c->33
        }
    }
}

输出结果：

1.6 偏函数中的模式匹配(了解)

偏函数也是函数的一种，通过偏函数我们可以方便的对输入参数做更精确的检查。

例如该偏函数的输入类型为List[Int]，而我们需要的是第一个元素是0的集合，这就是通过模式匹配实现的。

偏函数定义

val second: PartialFunction[List[Int], Option[Int]] = {
    case x :: y :: _ => Some(y)
}

注：该偏函数的功能是返回输入的List集合的第二个元素

偏函数原理

上述代码会被scala编译器翻译成以下代码，与普通函数相比，只是多了一个用于参数检查的函数——isDefinedAt，其返回值类型为Boolean

val second = new PartialFunction[List[Int], Option[Int]] {
    //检查输入参数是否合格
    override def isDefinedAt(list: List[Int]): Boolean = list match {
    case x :: y :: _ => true
    case _ => false
    }

    //执行函数逻辑
    override def apply(list: List[Int]): Option[Int] = list match {
    case x :: y :: _ => Some(y)
    }
}

偏函数使用

偏函数不能像second(List(1,2,3))这样直接使用，因为这样会直接调用apply方法，而应该调用applyOrElse方法，如下

second.applyOrElse(List(1,2,3), (_: List[Int]) => None)

applyOrElse方法的逻辑为 if (ifDefinedAt(list)) apply(list)else default，如果输入参数满足条件，即isDefinedAt返回true，则执行apply方法，否则执行defalut方法，default方法为参数不满足要求的处理逻辑

案例实操

（1）需求

将该List(1,2,3,4,5,6,“test”)中的Int类型的元素加一，并去掉字符串

    def main (args: Array[String] ): Unit = {
        val list = List (1, 2, 3, 4, 5, 6, "test")
        val list1 = list.map {
            a =>
                a match {
                    case i: Int => i + 1
                    case s: String => s + 1
                }
        }
        println (list1.filter (a => a.isInstanceOf[Int] ) )
    }

（2）实操

方法一：

List(1,2,3,4,5,6,"test").filter(_.isInstanceOf[Int]).map(_.asInstanceOf[Int] + 1).foreach(println)

方法二：

List(1, 2, 3, 4, 5, 6, "test").collect { case x: Int => x + 1 }.foreach(println)