在计算机编程里，条件判断是特别基础又重要的操作。咱们在处理复杂逻辑的时候，经常会碰到一堆嵌套的 if - else 或者 switch 语句，这代码写起来又长又乱，维护起来那叫一个头疼。不过呢，C# 里有个很厉害的模式匹配功能，它在新版本里又有了不少新语法，能帮咱们大大简化复杂的条件判断。下面咱们就来好好聊聊这个事儿。
一、模式匹配基础回顾
在深入了解进阶应用之前，咱们先简单回顾一下模式匹配的基础概念。模式匹配允许开发者使用一种更简洁、更具表现力的方式来检查值的结构，并根据不同的情况执行相应的操作。C# 从早期版本就开始支持模式匹配，最初主要用于 switch 语句。
简单示例：传统 switch 与模式匹配 switch 的对比
传统的 switch 语句：
// 技术栈：C#
// 定义一个颜色枚举
enum Color
{
Red,
Green,
Blue
}
class Program
{
static string DescribeColorTraditional(Color color)
{
switch (color)
{
case Color.Red:
return "It's red!"; // 若颜色是红色，返回此描述
case Color.Green:
return "It's green!"; // 若颜色是绿色，返回此描述
case Color.Blue:
return "It's blue!"; // 若颜色是蓝色，返回此描述
default:
return "Unknown color"; // 若颜色不是上述三种，返回未知颜色描述
}
}
}
使用模式匹配的 switch 语句：
// 技术栈：C#
static string DescribeColorPatternMatching(Color color)
{
return color switch
{
Color.Red => "It's red!", // 若颜色是红色，返回此描述
Color.Green => "It's green!", // 若颜色是绿色，返回此描述
Color.Blue => "It's blue!", // 若颜色是蓝色，返回此描述
_ => "Unknown color" // 若颜色不是上述三种，返回未知颜色描述
};
}
从这个例子可以看出，模式匹配的 switch 语句更加简洁明了，代码可读性更高。
二、新语法在模式匹配中的应用
1. 关系模式（Relational Patterns）
关系模式允许我们在模式匹配中使用比较运算符（如 <, <=, >, >=）。这在处理数值范围的判断时非常有用。
// 技术栈：C#
// 根据年龄判断所处年龄段
static string DescribeAge(int age)
{
return age switch
{
< 0 => "Invalid age", // 年龄小于 0，为无效年龄
< 18 => "Minor", // 年龄小于 18，是未成年人
< 65 => "Adult", // 年龄小于 65 且大于等于 18，是成年人
_ => "Senior" // 年龄大于等于 65，是老年人
};
}
2. 逻辑模式（Logical Patterns）
逻辑模式包括 and, or, not 运算符，用于组合多个模式。
// 技术栈：C#
// 判断是否为工作日
static bool IsWeekday(DayOfWeek day)
{
return day is not (DayOfWeek.Saturday or DayOfWeek.Sunday);
// 如果不是周六或周日，则为工作日
}
3. 切片模式（Slice Patterns）
切片模式可以帮助我们从数组或字符串中提取部分元素或字符。
// 技术栈：C#
static string GetInitials(string name)
{
if (name.Length >= 2)
{
return $"{name[0]}{name[^1]}";
// 取名字的第一个字符和最后一个字符作为缩写
}
return name;
}
三、应用场景分析
1. 数据验证
在数据验证的场景中，模式匹配可以让我们更清晰地定义数据的规则。
// 技术栈：C#
// 验证密码是否符合规则
static bool IsValidPassword(string password)
{
return password is { Length: >= 8 } and (string s when s.Any(char.IsUpper)
&& s.Any(char.IsLower)
&& s.Any(char.IsDigit));
// 密码长度至少为 8，且包含大写字母、小写字母和数字
}
2. 状态机实现
在实现状态机时，模式匹配可以让状态转换的逻辑更加清晰。
// 技术栈：C#
enum TrafficLightState
{
Red,
Yellow,
Green
}
// 根据当前交通灯状态返回下一个状态
static TrafficLightState GetNextState(TrafficLightState currentState)
{
return currentState switch
{
TrafficLightState.Red => TrafficLightState.Green, // 红灯之后是绿灯
TrafficLightState.Yellow => TrafficLightState.Red, // 黄灯之后是红灯
TrafficLightState.Green => TrafficLightState.Yellow, // 绿灯之后是黄灯
_ => throw new ArgumentException("Invalid traffic light state")
};
}
四、技术优缺点分析
优点
- 代码简洁：模式匹配的新语法让代码更加简洁，减少了大量嵌套的
if - else或switch语句，提高了代码的可读性。 - 表达力强：可以使用关系模式、逻辑模式等组合复杂的条件，更清晰地表达业务逻辑。
- 易于维护：代码结构更清晰，修改和扩展逻辑时更加方便。
缺点
- 学习成本：新语法对于初学者来说可能有一定的学习成本，需要花费时间来理解和掌握。
- 性能开销：在某些复杂的模式匹配场景下，可能会有一定的性能开销，不过在大多数情况下这种开销是可以忽略不计的。
五、注意事项
1. 模式的顺序
在使用模式匹配时，模式的顺序非常重要。C# 会按照模式的顺序依次进行匹配，一旦找到匹配的模式就会停止匹配。因此，要确保将更具体的模式放在前面。
// 技术栈：C#
// 错误示例，可能无法正确匹配
static string MistakenPatternMatch(int num)
{
return num switch
{
_ => "Default case", // 此模式会最先匹配所有情况，后面的模式无法执行
1 => "One",
2 => "Two"
};
}
// 正确示例
static string CorrectPatternMatch(int num)
{
return num switch
{
1 => "One",
2 => "Two",
_ => "Default case"
};
}
2. 空引用检查
在模式匹配中，如果涉及到对象的属性或方法调用，要确保对象不为空，否则可能会引发 NullReferenceException。
// 技术栈：C#
class Person
{
public string Name { get; set; }
}
// 安全的模式匹配
static string GetPersonNameSafely(Person person)
{
return person is { Name: string name } ? name : "Unknown";
// 若 person 不为空且有 Name 属性，返回 Name，否则返回未知
}
文章总结
C# 的模式匹配新语法为我们简化复杂条件判断提供了强大的工具。通过关系模式、逻辑模式和切片模式等，我们可以更清晰、更简洁地表达业务逻辑。在数据验证、状态机实现等多种场景中，模式匹配都能发挥出色的作用。虽然它有一定的学习成本和性能开销，但总体来说利大于弊。在使用过程中，我们要注意模式的顺序和空引用检查等问题，以确保代码的正确性和健壮性。掌握好 C# 模式匹配的进阶用法，能让我们的代码开发更加高效、优雅。
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