C#.Net築基-模式匹配彙總

01、模式匹配概述

從C#7開始支持的 模式匹配 語法（糖，挺甜），可非常靈活的對數據進行條件匹配和提取，經過多個版本的完善，已經非常強大了。

C# 支持多種模式，包括聲明、類型、常量、關係、屬性、列表、var 和棄元等，在is、switch語句、switch表達式中使用，還可以使用布爾邏輯關鍵字 and、or 和 not 組合多個模式，極大的簡化了代碼編寫，可讀性也還不錯。

標題	說明	示例/備註
類型和聲明模式	如果類型兼容，則申明並賦值變量	if (age is int i)
常量模式	檢查表達式值是否等於、不等於（not）常量值	if(age is null || age is 0)
關係模式><	使用關係運算符<、>、<= 或 >=匹配	case 0 or <=6
邏輯模式	用not>and >or連接多個模式表達式	case < 12 and ( >6 or 6)
屬性模式{:}	對實例的屬性、字段進行模式匹配：{屬性/字段:匹配模式}	if (b is { Year: < 2000, Month: 1 or 11 })
位置模式(解構)	基於解構賦值進行模式匹配：(解構參數)	if(point is (_,>0,>0))
var 模式	用var申明（捕獲）任意局部變量	if(point is var p && p.X>0)
棄元模式_	棄元模式 _ 來匹配任何（其他）表達式	表示不要的
列表模式[]	對數組（列表）進行匹配，在中括號[]中匹配列表中的項	if(numbers is [_, 2, 3, ..])

📢 模式匹配基本都是語法糖，味道都不錯！C#在編譯時會輸出原本的基礎代碼，可通過 https://sharplab.io/ 在線查看編譯後的代碼。

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02、模式匹配

2.1、類型和聲明模式

檢查類型是否匹配，同時申明變量，如果類型兼容則申明並賦值變量，該變量在後面代碼作用域中有效。

object age = "123";
if (age is int i)  //類型匹配+申明變量i
{
    Console.WriteLine($"age1 = {i}");
}
switch (age)
{
    case string:   //類型匹配
        Console.WriteLine($"type is string");
        break;
    case int iage: //類型匹配+申明變量iage
        Console.WriteLine($"age2 = {iage}");
        break;
}

//上面is語句編譯後的代碼效果：
if (obj is int)
{
    int value = (int)obj;
}

2.2、常量模式

檢查表達式值是否等於、不等於（not）常量值，常量值包括字面量常量，也包括const常量值。傳統的Switch語句就是常量模式匹配。

object age = null;
if (age is not null  && age is 100)   //age is 100 等同於 age is int && (int)age==100
{
    Console.WriteLine($"age1 = {age}");
}
var type = age switch{
        1 or 2 or 3=>"嬰兒",
        4 => "幼兒",
        null or not 5 => "unknow",
        _=>"",
};

2.3、關係模式><

用關係運算符來匹配表達式，就是對常量數值進行大小比較運算，使用關係運算符<、>、<= 或 >=，多個表達式可用and、or連接，當然也支持括號。

object age = 6;
if (age is int n and >= 6)
{
    Console.WriteLine("666");
}
switch (age)
{
    case 0 or <=6:
        Console.WriteLine("幼兒");
        break;
    case < 12 and ( >6 or 6):
        Console.WriteLine("青少年");
        break;
}

2.4、邏輯模式not/and/or

用 not、and 和 or 模式連結符來創建邏輯模式，連接多個模式表達式。

• 優先級順序：not>and >or。
• 推薦使用(括號)顯示控制優先順序，可讀性更好。

object age = 6;
if (age is int n and (not 6 or >5) )
{
    Console.WriteLine("666");
}

2.5、屬性模式{:}

對實例的屬性、字段進行模式匹配，可以嵌套其他模式匹配，非常的強大，屬性匹配用大括號來包裝{屬性/字段:匹配模式}。

• 多個屬性/字段都匹配爲true時，最終纔會匹配成功。
• 可以結合類型申明模式使用。
• 可嵌套使用，會遞歸匹配。

DateTime birthday = new DateTime(1999, 11, 12);
if (birthday is { Year: < 2000, Month: 1 or 11 })
{
    Console.WriteLine("年齡、星座不合適");
}

//嵌套使用
public record Point(int X, int Y);
public record Segment(Point Start, Point End);

static bool IsAnyEndOnXAxis(Segment segment) =>
    segment is { Start: { Y: 0 } } or { End: { Y: 0 } };
static bool IsAnyEndOnXAxis(Segment segment) =>
    segment is { Start.Y: 0 } or { End.Y: 0 };

2.6、位置模式(解構)

基於解構賦值進行模式匹配：

• Tuple、record 和 DictionaryEntry是內置支持解構的，關於解構賦值可參考相關內容。
• 用括號()報裝，這也是 解構（Deconstruct）的語法形式。
• 可以嵌套其他模式匹配，如常量、關係、邏輯、屬性模式等。

void Main()
{
	Point point = new Point("sam", 12, 13);
	var len = point switch
	{
		//類型匹配、屬性模式、位置模式：Name屬性必須爲string，且長度爲0，X、Y值爲0
		(string { Length: <= 0 }, 0, 0) => 0,		
		(_, > 0, 0) => point.X,  //X值大於0，Y值爲0
		(_, 0, > 0) => point.Y,  //Y值大於0，X值爲0
		(_, 10 or > 10, 10 or > 10) p => p.X * p.Y,
		_ => 0,
	};
}
public record Point(string Name, int X, int Y);

2.7、var 模式

用var申明（捕獲）任意局部變量，把表達式的結果分配給var臨時變量。算是類型模式的變種，將類型名替換成了var。

void Main()
{
	Point point = new Point("sam", 12, 13);
	if(point is var p && p.X>0 && p.Y>0){   //is var
		Console.WriteLine("OK");
	}	
	var len = point switch
	{
		var (_,x,y) when x>0 && y>0 => true,// var
	};
}
public record Point(string Name, int X, int Y);

2.8、棄元模式_

棄元模式（Discard Pattern），字面理解就是被遺棄、沒人要的。可以將棄元模式看做是一個佔位符，表示一個沒人用的變量，可匹配任意類型，用來簡化代碼。語法是用下劃線“_”表示。

常用場景：

• 1、解構時的佔位符。
• 2、在Switch中匹配任意其他模式，類似default的作用。
• 3、在out參數中佔位，表示一個沒人用的out參數。
• 4、獨立棄元，接收無用的表達式輸出。

var tuple = new Tuple<int, int>(3, 4);
var (x, _) = tuple;   //1、只需要第一個參數，其他就用“_”來佔位
Console.WriteLine(x); //3

_= x switch
{
    2 or <2 => "small",
    int and <18=>"young",
    _=>"other",  //2、匹配其他模式，效果同default
};

int.TryParse("", out _); //3、不用的out變量，實際上是申明瞭變量的

async void Print(object arg)
{
    _ = arg ?? throw new ArgumentException();  //4、接收無用的返回，效果同下
    if (arg == null) throw new ArgumentException();
    _ = Task.Run(()=>Console.WriteLine("task run")); //接收一個不用的返回
}

棄元模式_是一個提供給編譯器用的符號，告訴編譯這個變量不用了，編譯器會根據情況進行優化處理。在對out參數使用時，編譯器會自動創建變量，如下代碼：

int.TryParse("",out _);
//實際編譯後的代碼如下
int result;
int.TryParse("", out result);

📢需要注意的是 下劃線_是並不是一個關鍵字，也能當做參數名來使用，不要混用。

2.9、列表模式[]

C#11支持的，對數組（列表）進行匹配，在中括號[]中匹配列表中的項。

• 跳過的項可以用棄元模式_。
• 可以用數組的切片模式匹配開頭、結尾的元素。

void Main()
{
	int[] numbers = { 1, 2, 3, 4 };

	Console.WriteLine(numbers is [_, 2, 3, ..]);        // True
	Console.WriteLine(numbers is [0 or 1, <= 2, >= 3]); // False
}

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03、模式匹配應用

上面的各種模式匹配主要就用在 is 運算符、switch 語句、switch 表達式 中。

3.1、is運算符

is 運算符 本來主要是用來檢測類型兼容性的，加上模式匹配就能玩出各種花樣了，極大簡化了讓各種檢查類的代碼。

object value = 12;
if (value is int && value is not null) //is類型檢測+邏輯模式
{            
    Console.WriteLine(value);
}
if (value is int a && a > 6) //+申明模式
{
    Console.WriteLine(a);
}
if (value is int age and > 10 and < 14) //關係模式
{
    Console.WriteLine(age);
}
var user = new { Name = "sam", Age = 12 };
if (user is { Name: _, Age: > 10 })    //屬性模式
{
    Console.WriteLine(user.Name);
}
int[] arr = new int[] { 1, 2, 3 };
if (arr is [> 0, ..])  //列表模式：第一個元素>0
{
    Console.WriteLine(arr);
}
var dt = new Tuple<string, int>("sam", 100);
if (dt is (_, > 60) d) //位置模式+申明模式（好像沒什麼用）
{
    Console.WriteLine(d.Item1);
}

3.2、switch..case語句

switch..case 語句 是很多語言中都有的基本多條件分支語句，傳統的 case 只能用於匹配常量，多用於枚舉。

• case不能穿透，一個case 執行完後必須break結束，或者return返回（退出方法），可以多個case匹配執行一組邏輯代碼。
• 傳統的case就是常量模式，而現代的case可以結合上面多種模式使用，非常強大。
• 加when，自由附加更多條件。

	int age = 22;
	string sex = "Male";	
	switch (age)
	{
		case 1:
		case 2:
			Console.WriteLine("嬰兒");
			break;
		case <= 3:
			Console.WriteLine("幼兒");
			break;
		case > 10 and < 16:
			Console.WriteLine("青少年");
			break;
		case > 18 when sex == "Male":
			Console.WriteLine("成年男性");
			break;
		case int:
			break;
	}

3.3、switch表達式

C#8中switch有了新的語法 —— switch 表達式 ，可以看做是switch..case語句的一個變種，使用比較類似。switch表達式是一個賦值（輸出）語句。

• =>左側爲模式（返回一個bool），如果模式匹配（true）則返回右側的值，最後一個棄元模式匹配其他情況，同default效果。

int type = 6;
var message = type switch
{
    <= 1 => "success",
    2 => "warning",
    3 => "error",
    > 3 and < 10 => "other error",
    _ => "unkonwn error",
};

可以用when來進行更多的判斷，when後面的表達式就很自由了，只要返回boo即可。

object type = 6;
var message = type switch
{
    int i when i<6 => "ok",
    string s when s=="null"=>"Null",
    string s when !string.IsNullOrEmpty(s)=>"string value",
    _=>"unknown value"
};
Console.WriteLine(message);

支持多個變量的組合模式：用括號()包含多個變量

string gender = "male";
int age = 10;
string type = (gender,age) switch{
    ("male",>18)=>"VIP",
    (not "male",>26 and <35)=>"VVIP",
    _=>"",
};

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參考資料

• 模式匹配 - 模式中的 is 和 switch 表達式，以及 and、or 和 not 運算符
• 析構元組和其他類型

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