C# 9.0 新特性之模式匹配簡化

LiamWang發表於2020-06-15
C#模式

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記得在 MS Build 2020 大會上，C# 語言開發專案經理 Mads Torgersen 宣稱 C# 9.0 將會隨著 .NET 5 在今年 11 月份正式釋出。目前 .NET 5 已經到了 Preview 5 階段了，C# 9.0 也已經初具規模。忍不住激動的心情，暫停更新《C#.NET 拾遺補漏》系列幾天，先要和大家分享一下我瞭解到的 C# 9.0 的新特性。由於新特性比較多，所以會分成幾篇來講。這是第一篇，專講模式匹配這個特性的簡化。

模式匹配（Pattern Matching）是在 C# 7.0 引入的，是對 switch 語句的增強，可以支援實現複雜的條件匹配。下面我先用一個示例來展示一下模式匹配的一般的用法。

假如現在我們要計算各種車輛在某高速的通行費，比如有下面四種車輛，分別定義為以下四個類，各個類中定義了和通行費計算相關的屬性：

public class Car
{
    public int Passengers { get; set; }
}

public class DeliveryTruck
{
    public int GrossWeightClass { get; set; }
}

public class Taxi
{
    public int Fares { get; set; }
}

public class Bus
{
    public int Capacity { get; set; }
    public int Riders { get; set; }
}

下面用用模式匹配的方式來實現一個計算通行費的方法：

public decimal CalculateToll(object vehicle) =>
    vehicle switch
{
    Car { Passengers: 0}        => 2.00m + 0.50m,
    Car { Passengers: 1}        => 2.0m,
    Car { Passengers: 2}        => 2.0m - 0.50m,
    Car c                       => 2.00m - 1.0m,

    Taxi t => t.Fares switch
    {
        0 => 3.50m + 1.00m,
        1 => 3.50m,
        2 => 3.50m - 0.50m,
        _ => 3.50m - 1.00m
    },

    Bus b when ((double)b.Riders / (double)b.Capacity) < 0.50 => 5.00m + 2.00m,
    Bus b when ((double)b.Riders / (double)b.Capacity) > 0.90 => 5.00m - 1.00m,
    Bus b => 5.00m,

    DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass > 5000) => 10.00m + 5.00m,
    DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass < 3000) => 10.00m - 2.00m,
    DeliveryTruck _ => 10.00m,

    { } => throw new ArgumentException(message: "Not a known vehicle type", paramName: nameof(vehicle)),
    null => throw new ArgumentNullException(nameof(vehicle))
};

程式碼來源於文末參考連結

如果上面程式碼閱讀起來感覺吃力，你可以先閱讀文末參考連結中的第一個連結，關於模式匹配的詳細介紹。

實現這個業務邏輯，若在 C# 7.0 之前，需要用一堆的 if/else 來實現。有了模式匹配後，變得方便了很多，而且使用上很靈活，程式碼結構也更優美。

對我來說，模式匹配是個極好的特性！但這還不夠，C# 9.0 對模式匹配的寫法做了進一步的簡化！

以上面程式碼為例，模式匹配可以分為三種：簡單模式、關係模式和邏輯模式。下面分別說說 C# 9.0 對三種模式的簡化。

簡單模式

以上面 CalculateToll 方法示例程式碼為例，簡單模式是這種：

vehicle switch
{
    ...
    Car c => 2.00m - 1.0m
}

我們其實可以發現，上面的變數 c 宣告瞭卻沒用被使用，現在 C# 9.0 中可以把它省略了：

vehicle switch
{
    ...
    Car => 2.00m - 1.0m
}

關係模式

以上面 CalculateToll 方法示例程式碼為例，關係模式是通過比較（大小）關係來匹配的，對應的程式碼片段如下：

DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass > 5000) => 10.00m + 5.00m,
DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass < 3000) => 10.00m - 2.00m,
DeliveryTruck _ => 10.00m,

現在 C# 9.0 可以簡寫成：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
    > 5000 => 10.00m + 5.00m,
    < 3000 => 10.00m - 2.00m,
    _ => 10.00m,
}

邏輯模式

在 C# 9.0 中，你可以通過邏輯操作符 and、or 和 not 對模式進行組合，下面是一些示例：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
    < 3000 => 10.00m - 2.00m,
    >= 3000 and <= 5000 => 10.00m,
    > 5000 => 10.00m + 5.00m,
}

not null => throw new ArgumentException($"Not a known vehicle type: {vehicle}", nameof(vehicle)),
null => throw new ArgumentNullException(nameof(vehicle))

另外，not 關鍵字還可以用來替代 if 條件判斷中的邏輯非(!)，比如：

// 原來的寫法
if (!(e is Customer)) { ... }

// 新的寫法（易讀性更好）
if (e is not Customer) { ... }

C# 9.0 還有很多其它好用的新特性，下一篇文章繼續與你分享。文章寫短一點不是因為我偷懶哈，而是為了促使大家一次性看完，方便大家在零碎時間閱讀，避免因文章太長而成為“收藏不看”系列。

敬請關注我明天下一篇關於 C# 9.0 新特性的介紹，明天不見不散。

參考：

  1. https://bit.ly/2MNc0DJ
  2. https://bit.ly/2UzEIwu

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