C#模式匹配详解

一、模式匹配核心概念

1.什么是模式匹配？

        模式匹配是一种检查数据结构是否满足特定条件并提取信息的机制，取代传统的 if-else 或 switch 逻辑，使代码更简洁、安全。

2.核心优势

• 简洁性：减少类型检查和转换的冗余代码
• 安全性：编译时检查模式的有效性（如属性是否存在）
• 表达力：支持嵌套、递归和逻辑组合模式

二、核心模式类型与语法

1.类型模式（Type Pattern）

• 用途：检查对象是否为指定类型，并提取变量
• 语法：变量  is  类型  标识符

object obj = "HaHaHa"
if (obj is string s)
{
    Console.WriteLine("s.length"); //直接使用s，无需显式转换
}

//注意：匹配失败时s不会被赋值

2.常量模式（Constant Pattern）

• 用途：匹配常量值（如整数、字符串、null）
• 语法：变量  is  [常量值]

int number = 1;
if (number is 1)
{
    Console.WriteLine("值为1");
}

string str = null;
if(text is null)
{
    Console.WriteLine("空值");
}

3.变量模式（Var Pattern）

• 用途：将值捕获到临时变量，通常结合 when 使用

object obj = 3.14;
if (obj is var temp && temp is double) 
{
    Console.WriteLine($"Double value: {temp}");
}

4.属性模式（Property Pattern）

• 用途：匹配对象的属性值

class Person 
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

Person p = new Person { Name = "VTheshow", Age = 100 };

if (p is { Name: "VTheshow", Age: >= 18 }) 
{
    Console.WriteLine("VTheshow年龄大于18");
}

5.元组模式（Tuple Pattern）

• 用途：同时匹配多个值的元组

var point = (x: 0, y: 1);

if (point is (0, 1)) 
{
    Console.WriteLine("坐标匹配");
}

// 结合类型和属性
var result = point switch 
{
    (0, 0) => "原点",
    (var x, var y) when x == y => "对角线",
    _ => "其他"
};

6.位置模式（Positional Pattern）

• 用途：匹配解构后的对象（需实现 Deconstruct 方法）

public record Point(int X, int Y); // 自动生成 Deconstruct

Point pt = new Point(2, 3);
if (pt is (2, 3)) 
{
    Console.WriteLine("匹配坐标 (2,3)");
}

7.递归模式（Recursive Pattern）

• 用途：嵌套组合多种模式

if (obj is Person { Name: "HaHa", Age: int age } && age > 20) 
{
    Console.WriteLine("HaHa 年龄超过 20");
}

8.逻辑模式（Logical Pattern）

• C#9.0+支持：使用and、or、not组合条件

int num = 15;
if (num is > 10 and < 20) 
{
    Console.WriteLine("介于 10 和 20 之间");
}

string text = "effective value"
if (text is not null and not "unknown") 
{
    Console.WriteLine("有效值");
}

9.列表模式（List Pattern）

• C#11+支持：匹配数组或列表的元素

int[] numbers = { 1, 2, 3 };

if (numbers is [1, 2, 3]) 
{
    Console.WriteLine("完全匹配");
}

if (numbers is [1, .. var rest]) 
{
    Console.WriteLine($"剩余元素数量: {rest.Length}"); // 输出 2
}

// 匹配任意长度的列表
if (numbers is [.., 3]) 
{
    Console.WriteLine("以 3 结尾");
}

三、switch表达式

• 用途：简化switch语句，直接返回值

string Describe(object obj) => obj switch 
{
    int i when i > 0 => "正整数",
    double d => $"双精度数: {d}",
    string s => $"字符串: {s}",
    null => "空值",
    _ => "未知类型"
};

Console.WriteLine(Describe(5)); // 输出 "正整数"

注意事项

• 模式顺序：switch 分支按顺序匹配，优先放置具体模式
• 穷尽性检查：使用 _ 默认分支处理未覆盖的情况
• 性能：模式匹配通常编译为高效代码，无需担心性能损失

四、实际应用场景

1.替代类型检查与转换

class Circle 
{
    public float Radius { get; set; }
}

// 传统写法
if (shape is Circle) 
{
    Circle c = (Circle)shape;
    Console.WriteLine(c.Radius);
}

// 模式匹配写法
if (shape is Circle c) 
{
    Console.WriteLine(c.Radius);
}

2.处理复杂条件

public class IncomeData 
{
    public decimal Income { get; set; } 
    public bool IsCitizen { get; set; } 
}

string GetTaxCategory(IncomeData data) => data switch 
{
    { Income: < 10000 } => "低收入",
    { Income: >= 10000 and < 50000, IsCitizen: true } => "中等收入公民",
    { Income: >= 50000 } => "高收入",
    _ => "其他"
};

关键点总结

• 属性模式的依赖：属性模式要求目标类型（如 IncomeData）必须包含对应的属性（如 Income 和 IsCitizen），且属性可访问（通常是 public）
• 模式匹配的优势：这种写法比传统的 if-else 更简洁，尤其是当条件涉及多个属性或嵌套对象时
• 编译时安全：如果拼写错误（如写成 Incom 而不是 Income），编译器会直接报错，避免运行时错误

3.解构嵌套对象

if (student is { Address: { City: "Beijing", ZipCode: "100000" } }) 
{
    Console.WriteLine("北京学生");
}

五、版本支持