C# 模式匹配

https://www.geeksforgeeks.org/pattern-matching-in-c-sharp/

https://www.codeproject.com/Articles/5368148/Your-Quick-Guide-to-Pattern-Matching-in-Csharp

什是模式匹配

模式匹配是一种在代码中识别和提取数据的机制。它允许您以声明式的方式检查对象的形状,而无需编写冗长的条件语句。

模式匹配的优势

• Type-Testing 类型测试
• Nullable-type checking 可空类型检查
• Type casting and assignment 类型转换和分配
• High readability 可读性高
• Concise syntax 简洁的语法
• Less convoluted code 代码更简洁

模式匹配的主要特性包括

1. 类型模式:检查对象是否属于特定的类型。
2. 属性模式:检查对象是否具有特定的属性。
3. 位置模式:检查对象的具体结构。
4. var 模式:将匹配的值存储在变量中以供后续使用。
5. 恒定模式 :与常量值进行测试，常量值可以包括 int、float、char、string、bool、，用const、null声明的字段。
6. 弃元模式：与 discard 运算符_的模式匹配，匹配任何内容，包括 null，它的用法在新的开关表达式中大放异彩，以匹配默认或否则情况。
7. 元组模式：从位置模式的特殊派生，您可以在其中测试同一表达式中类型的多个属性。
8. 列表模式：列表匹配模式是 C# 中模式匹配的最新补充，使用列表模式，您可以将列表或数组与一组顺序元素进行匹配。

模式匹配的主要应用场景

1. 类型判断和转换:
   • 替代传统的 is 和 as 操作符,提供更简洁的语法。
   • 在 switch 语句中进行类型匹配。
2. 属性检查:
   • 检查对象是否具有某些属性,并基于属性值采取不同的操作。
   • 在 if 语句中进行属性模式匹配。
3. 数据解构:
   • 对元组、记录类型等复杂数据结构进行解构,提取感兴趣的部分。
   • 在 var 模式中使用位置模式匹配。
4. 列表和数组处理:
   • 使用模式匹配检查列表或数组的长度和元素位置。
   • 在 switch 语句中对列表进行模式匹配。
5. 错误处理:
   • 在 try-catch 语句中使用模式匹配捕获特定类型的异常。
   • 在 switch 语句中对异常类型进行模式匹配。
6. 领域驱动设计:
   • 使用模式匹配表达领域概念,提高代码的可读性和可维护性。
   • 在领域模型中使用模式匹配进行数据验证和转换。

示例

1. 类型判断和转换:

   object obj = "Hello, world!";
   if (obj is string s)
   {
       Console.WriteLine(s.ToUpper()); // 输出: HELLO, WORLD!
   }
   
   switch (obj)
   {
       case string s:
           Console.WriteLine($"It's a string: {s}");
           break;
       case int i:
           Console.WriteLine($"It's an integer: {i}");
           break;
       default:
           Console.WriteLine("It's something else");
           break;
   }
   

2. 属性检查:

   var person = new { Name = "Alice", Age = 30 };
   if (person is { Age: >= 18 })
   {
       Console.WriteLine($"{person.Name} is an adult.");
   }
   

3. 数据解构:

   var point = (10, 20);
   if (point is (int x, int y))
   {
       Console.WriteLine($"X: {x}, Y: {y}");
   }
   
   var list = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
   if (list is [_, _, int middle, _, _])
   {
       Console.WriteLine($"The middle element is: {middle}");
   }
   

4. 列表和数组处理:

   var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
   switch (numbers)
   {
       case []:
           Console.WriteLine("The list is empty.");
           break;
       case [int first]:
           Console.WriteLine($"The list has one element: {first}");
           break;
       case [int first, int second]:
           Console.WriteLine($"The list has two elements: {first}, {second}");
           break;
       case var all:
           Console.WriteLine($"The list has {all.Count} elements.");
           break;
   }
   

5. 错误处理:

   try
   {
       // 某些可能引发异常的操作
   }
   catch (DivideByZeroException ex)
   {
       Console.WriteLine($"Caught DivideByZeroException: {ex.Message}");
   }
   catch (Exception ex)
   {
       Console.WriteLine($"Caught general Exception: {ex.Message}");
   }
   
   

6. 领域驱动设计:

   public record Person(string Name, int Age);
   
   var person = new Person("Alice", 30);
   if (person is { Age: >= 18 })
   {
       Console.WriteLine($"{person.Name} is an adult.");
   }
   

7. 恒定模式:

   public bool IsFreshProduce(FoodModel food)
   {
       return food?.Category?.ID is (int)  ProductCategoryEnum.FreshProduce;
   }
   

8. 弃元模式:

   //如果未提供食物的储存温度或数字与以下范围不匹配，则将引发自定义异常
   public int GetFoodStorageTemperature
          (StorageRequirementEnum storageRequirement) => storageRequirement switch
   {
       StorageRequirementEnum.Freezer => -18,
       StorageRequirementEnum.Refrigerator => 4,
       StorageRequirementEnum.RoomTemperature => 25,
       _ => throw new InvalidStorageRequirementException()
   };
   
   // switch (storageRequirement)
           // {
           //     case StorageRequirementEnum.Freezer:
           //         return -18;
           //     case StorageRequirementEnum.Refrigerator:
           //         return 4;
           //     case StorageRequirementEnum.RoomTemperature:
           //         return 25;
           //     default:
           //         throw new Exception();
           // }
   

9. 元组模式:

   //转基因食品检测
   public string GetFoodDescription(FoodModel food) => (food.NonGMO, food.Category.ID) switch
   {
    (true, (int)ProductCategoryEnum.FreshProduce) => "Non-GMO Fresh Product",
    (true, (int)ProductCategoryEnum.Dairy) => "Non-GMO Dairy",
    (false, (int)ProductCategoryEnum.Meats) => "GMO Meats. Avoid!",
    (_, _) => "Invalid Food Group"
   };
   // switch (food.NonGMO, food.Category.ID)
   // {
   //     case (true, (int)ProductCategoryEnum.FreshProduce):
   //         return "Non-GMO Fresh Product";
   //     case (true, (int)ProductCategoryEnum.Dairy):
   //         return "Non-GMO Dairy";
   //     case (false, (int)ProductCategoryEnum.Meats):
   //         return "GMO Meats. Avoid!";
   //     default:
   //         return "Invalid Food Group";
   // }
   
   

10. 列表模式:

public (int?, int?) FindNumberOneAndNumberFour()
{
   int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
   // Match if 2nd value is anything, 3rd is greater than or equal 3, fifth is 5
   if (numbers is [var numberOne, _, >= 3, int numberFour, 5])
   {
       return (numberOne, numberFour);
   }
   return (null, null);
}

这些案例展示了模式匹配在各种场景下的应用,包括类型判断、属性检查、数据解构、列表处理、错误处理以及领域建模等。通过使用模式匹配,您可以编写更简洁、可读性更强的代码,同时也能在某些情况下提高性能。熟练掌握这些模式匹配的使用技巧,将有助于您提高代码质量和开发效率。

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