C# 7.0 新特性（3）： 模式匹配

本文參考Roslyn專案Issue:#206，及Docs:#patterns。

　　1. C# 7.0 新特性1： 基於Tuple的“多”返回值方法

　　2. C# 7.0 新特性2： 本地方法

　　3. C# 7.0 新特性3： 模式匹配

模式匹配也許能算的上C#本次更新最重量級的升級，也是最受關注的特性（也許沒有之一），通過模式匹配，我們可以簡化大量的條件程式碼。

Switch語句

大家也許遇到過這樣的情景，假設你的程式碼中，有一個Nullable的值，需要對其在正整數，非正整數，Null三種情況下分別作不同的邏輯處理。大多數童鞋直接想到是類似於下面的邏輯：

C#

void Foo(int? num) { if (!num.HasValue) /* null logic */ else if (num.Value > 0) /* positive int logic */ else /* negative int & zero logic */ }

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void Foo(int? num) {     if (!num.HasValue)      /* null logic */     else if (num.Value > 0)      /* positive int logic */     else      /* negative int & zero logic */ }

請大家思考一下，這個邏輯是否可以用switch-case語句來做，在VB及很多非C系的語言中，答案是肯定的，比如VB.NET中可以這樣寫：

C#

Sub Foo(Num As Integer?) Select Case Num Case Not Num.HasValue 'null logic Case Num > 0 'positive Int logic Case Num <= 0 'negative Int() & zero logic Case Else End Select End Sub

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Sub Foo(Num As Integer?)     Select Case Num         Case Not Num.HasValue         'null logic         Case Num > 0         'positive Int logic         Case Num <= 0             'negative Int() & zero logic         Case Else       End Select End Sub

說到這裡，在具體討論模式匹配在switch-case中的應用之前，先淡淡的吐槽一下C#，本來理所應當的一個簡單的小語法，到了C#7.0才加入。

看看C#7.0加入的型別模式（Type Pattern）：

C#

void Foo(int? num) { switch (num) { case null: //null logic break; case int n when n > 0: //positive Int logic break; case int n when n <= 0: //negative Int() & zero logic break; } }

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void Foo(int? num) {     switch (num)     {         case null:             //null logic             break;         case int n when n > 0:             //positive Int logic             break;         case int n when n <= 0:             //negative Int() & zero logic             break;     } }

這個不多說了，大家自己體會，單純的在Nullable下，可能體現的不是很清晰，個人認為這個小變動其實意義並不是很大，同樣場景下，或許if-if else-else會讓程式碼更清晰易讀些。

如果說模式匹配僅僅是完善了一下switch-case，那可真是太大才小用了，下面我們看一個好玩的。

Match表示式

雖然把match帶到C#中看起來並不是什麼大事，但是會引起的程式碼簡化還是非常爽的。

就像很多人說三元表示式（？ : ）將if-else簡化一樣。match表示式，是將switch-case結構簡化到了一個新限度。

看match表示式程式碼前，我們先來看一行略坑的三元表示式。

C#

var reuslt = x == null ? default(int) : (x is Func<int> ? (x as Func<int>)() : (x is int ? Convert.ToInt32(x) : default(int)));

1	var reuslt = x == null ? default(int) : (x is Func<int> ? (x as Func<int>)() : (x is int ? Convert.ToInt32(x) : default(int)));

好吧，我承認我是故意讓你們抓狂的。^_^， 為了能穩住大家看完上面這行程式碼後的情緒，來一副match表示式消消火。

C#

var result = x match( case Func<int> f: f(), case int i: i, case *: default(int) );

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var result = x match(     case Func<int> f: f(),     case int i: i,     case *: default(int) );

這兩種寫法效果上是等效的，有沒有非常乾淨清爽的感覺？寫過match表示式的碼農，應該再也不想回去巢狀 <*>?<*>:<*> 了。 （注：目前這種寫法還未確認，C#7.0釋出後可能會有略微變動）

Is表示式

如果說上面兩個變化是“語法糖”，那麼is表示式可是要玩真的了。

說點題外話，其實對正規表示式熟悉的童鞋可能知道，本質上[模式匹配]和正規表示式要解決的問題邏輯類似，以一個確定的模式，來判斷或查詢一個確定的例項。只不過在正規表示式中，這裡說的”模式”是正規表示式，”例項”指字串。而[模式匹配]下，所針對的”例項”是物件，那麼”模式”，就可以理解成is表示式了。

舉個例子，比如你要查詢並列出 一組電子裝置中，所有iPhone的IMEI串號，我們在C#6.0中，會這樣做：

C#

class Device { public ProductLineOption ProductLine { get; set; } } class MobiePhone : Device { public string IMEICode { get; set; } } IEnumerable<Device> GetAllDevices() { /* 獲取並返回所有裝置 */ }; IEnumerable<string> GetAlliPhoneIMEI() { var deviceList = this.GetAllDevices(); foreach (Device device in deviceList) { MobiePhone phone = device as MobiePhone; if (phone == null) continue; if (phone.ProductLine == ProductLineOption.IPhone) { yield return phone.IMEICode; } } }

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class Device {     public ProductLineOption ProductLine { get; set; } }   class MobiePhone : Device {     public string IMEICode { get; set; } }   IEnumerable<Device> GetAllDevices() { /* 獲取並返回所有裝置 */ };   IEnumerable<string> GetAlliPhoneIMEI() {     var deviceList = this.GetAllDevices();     foreach (Device device in deviceList)     {         MobiePhone phone = device as MobiePhone;         if (phone == null) continue;           if (phone.ProductLine == ProductLineOption.IPhone)         {             yield return phone.IMEICode;         }     } }

一個非常典型的傳統方法，沒什麼好說的。我們直接來看C#7.0 中 is表示式怎麼等效的實現這段邏輯：

C#

IEnumerable<string> GetAlliPhoneIMEI() { List<Device> deviceList = this.GetAllDevices(); foreach (Device device in deviceList) { if (device is MobiePhone { IMEICode is var imei, ProductLine is ProductLineOption.IPhone}) { yield return imei; } } }

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IEnumerable<string> GetAlliPhoneIMEI() {     List<Device> deviceList = this.GetAllDevices();     foreach (Device device in deviceList)     {         if (device is MobiePhone { IMEICode is var imei, ProductLine is ProductLineOption.IPhone})         {             yield return imei;         }     } }

如果你還是覺得這沒什麼，那麼，其實這個例子中，僅僅體現出模式匹配中的屬性模式。

根據Doc:#patterns C#7.0會提供一下幾種匹配方式：

• 型別模式
• 常量模式
• 變數模式
• 萬用字元模式
• 位置模式
• 屬性模式

我們可以想象，如果模式匹配組合起來使用，會給現有的C#程式碼打來多大的便利和清靜。

Okay，說了這麼多，下面給大家一個相對完整的案例，自行體會。

案例

C#

abstract class Animal { public string Name { get; set; } } class Dog : Animal { public string BarkLikeCrazy() => "WOOF WOOF WOOF"; } class Cat : Animal { } class Swan : Animal { } class Program { static void Main(string[] args) { var animals = new Animal[] { new Dog { Name = "hola" }, new Cat { Name = "tom" }, new Swan { Name = "hacienda" } }; var organizedAnimals = from animal in animals let sound = animal match( //Match語句 case Dog d: "woof... " + d.BarkLikeCrazy(), //型別匹配 case Cat c: "meow", case * : "I'm mute.." //萬用字元匹配 ) select new { Type = animal, Sound = sound }; foreach (var animal in organizedAnimals) { Console.WriteLine($"{animal.Type.ToString()} - {animal.Sound}"); } foreach (var a in animals) { if (a is Cat { Name is var name }) //型別及屬性匹配，is表示式 { Console.WriteLine($"Name of {nameof(Cat)} is {name}"); } string sound = ""; switch (a) //匹配switch語句 { case Dog d when d.Name == "hola": sound = "woof... hola" + d.BarkLikeCrazy(); break; case Dog d: sound = "woof..." + d.BarkLikeCrazy(); break; case Cat c: sound = "meow"; break; case IEnumerable<Animal> l when l.Any(): //TODO: any logic; break; case null: sound = "no animal"; break; default: sound = "I'm mute.."; break; } Console.WriteLine($"{a.ToString()} - {sound}"); } } }

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abstract class Animal {     public string Name { get; set; } }   class Dog : Animal {     public string BarkLikeCrazy() => "WOOF WOOF WOOF"; }   class Cat : Animal { } class Swan : Animal { }   class Program {     static void Main(string[] args)     {         var animals = new Animal[] {             new Dog { Name = "hola" },             new Cat { Name = "tom" },             new Swan { Name = "hacienda" }         };           var organizedAnimals = from animal in animals                                let sound = animal match( //Match語句                                    case Dog d: "woof... " + d.BarkLikeCrazy(), //型別匹配                                    case Cat c: "meow",                                    case * : "I'm mute.." //萬用字元匹配                                )                                select new { Type = animal, Sound = sound };           foreach (var animal in organizedAnimals)         {             Console.WriteLine($"{animal.Type.ToString()} - {animal.Sound}");         }           foreach (var a in animals)         {             if (a is Cat { Name is var name }) //型別及屬性匹配，is表示式             {                 Console.WriteLine($"Name of {nameof(Cat)} is {name}");             }               string sound = "";             switch (a) //匹配switch語句             {                 case Dog d when d.Name == "hola":                     sound = "woof... hola" + d.BarkLikeCrazy();                     break;                 case Dog d:                     sound = "woof..." + d.BarkLikeCrazy();                     break;                 case Cat c:                     sound = "meow";                     break;                 case IEnumerable<Animal> l when l.Any():                     //TODO: any logic;                     break;                 case null:                     sound = "no animal";                     break;                 default:                     sound = "I'm mute..";                     break;             }             Console.WriteLine($"{a.ToString()} - {sound}");         }     } }

注1：模式匹配的部分高階feature，已經確認在C#7.0中移除，可能出現在後續C#版本中。(#10888)。

注2：目前（2016-06-15）VS15的最新Preview下，模式匹配的部分語法依然無法使用。

注3：由於目前仍然未在Roslyn中Release，後期有變動的可能，本文中涉及的樣例程式碼以Mads Torgersen在#Build 2016上的演示的語法為準，本文涉及的案例有可能無法在VS15 RTM後正常使用，僅供參考。

　　（當然，如果筆者樂意，會及時把後期得到確認的變更更新到本文中 ^_^!）

目前(2016年6月)C#7.0還未正式釋出，大家如果想體驗部分特性，可以去下載VS15預覽版，最終釋出的語法可能和本文中提及的有所不同，最新動態請大家關注Roslyn專案。