c# 模式匹配

类型检查和转换：当你需要检查对象是否为特定类型，并且希望在同一时间内将其转换为那个类型时，模式匹配提供了一种更简洁的方式来完成这一任务，避免了使用传统的as和is操作符后还需要进行额外的null检查。
复杂条件逻辑：在处理复杂的条件逻辑时，特别是涉及到多个条件和类型的情况下，使用模式匹配可以使代码更加清晰易读。通过模式匹配，可以将复杂的if-else链或switch语句简化，使逻辑更直观。
解构复合类型：当你需要从复合类型（如元组、自定义类等）中提取值时，模式匹配允许你直接在条件检查中进行解构，这样可以避免编写额外的解构代码，使得代码更加简洁。
范围检查：对于需要进行范围检查的场景，如检查一个数是否落在某个区间内，使用C# 9.0引入的关系模式可以极大简化代码，使得范围检查逻辑一目了然。
逻辑组合：在需要对多个条件进行逻辑组合的情况下，如需要检查一个值是否满足多个条件之一或全部条件，使用逻辑模式可以直接在模式匹配表达式中使用and、or和not运算符，避免了复杂的逻辑嵌套。
数据验证：模式匹配可以用于数据验证场景，特别是当验证逻辑涉及到类型检查、值范围检查或特定属性值检查时。通过模式匹配，可以在单个表达式中完成所有这些检查，使得验证逻辑更加紧凑和易于维护。
多态行为：在处理需要根据对象类型执行不同操作的多态行为时，模式匹配提供了一种更灵活的方式来替代传统的虚方法或接口实现。这使得在不修改原有类层次结构的情况下，能够更容易地扩展或修改行为。
替代访问者模式：在实现访问者设计模式时，模式匹配可以作为一种更简洁的替代方案，特别是在处理复杂的对象结构时。通过模式匹配，可以直接在一个地方处理所有类型的情况，而不需要为每种类型创建单独的访问者方法。

模式匹配的这些用途展示了它在简化代码、提高可读性和灵活处理不同类型和条件的强大能力。随着C#语言的发展，模式匹配的功能和应用场景将会进一步扩展和深化。

下面我们看下一些经典的模式匹配编码风格:

is断言变量str已被安全地转换为string类型

object obj = "Hello, World!";
if (obj is string str) {
    Console.WriteLine(str);
}

is对可空类型的断言

public record Person(int Id, string? Name, bool? IsActived);
var person = new Person(1, "vipwan", null);
if (person?.IsActived is true)
{
    Console.WriteLine($"Id {person.Id} 已激活");
}

switch 允许使用多种模式，包括类型模式、常量模式和var模式 ,无需我们提前做转换以节省编码量

var obj = 0;
switch (obj)
{
    case 0:
        Console.WriteLine("Zero");
        break;
    case var value when value > 100:
        Console.WriteLine($"Value: {value}>100");
        break;
    default:
        Console.WriteLine($"Value: {obj}");
        break;
}

switch 中使用弃元_代替变量

public static string CronEveryNHours(this int n) => n switch
{
	(>= 1 and < 24) => $"0 0/{n} * * *",
	_ => throw new ArgumentException("n must be between 1 and 24", nameof(n))
};

switch 中多个条件一起判断

public record Order(int Items, decimal Cost);

public decimal CalculateDiscount(Order order) =>
    order switch
    {
        { Items: > 10, Cost: > 1000.00m } => 0.10m,
        { Items: > 5, Cost: > 500.00m } => 0.05m,
        { Cost: > 250.00m } => 0.02m,
        null => throw new ArgumentNullException(nameof(order), "Can't calculate discount on null order"),
        var someObject => 0m,
    };

    //如果有 order 有定义了 Deconstruct 析构元组的方法还可以写得更简单

    public decimal CalculateDiscount(Order order) =>
    order switch
    {
        ( > 10,  > 1000.00m) => 0.10m,
        ( > 5, > 50.00m) => 0.05m,
        { Cost: > 250.00m } => 0.02m,
        null => throw new ArgumentNullException(nameof(order), "Can't calculate discount on null order"),
        var someObject => 0m,
    };

switch列表模式

可以使用列表模式检查列表或数组中的元素。列表模式提供了一种方法，将模式应用于序列的任何元素。此外，还可以应用弃元模式 (_) 来匹配任何元素，或者应用切片模式来匹配零个或多个元素。

当数据不遵循常规结构时，列表模式是一个有价值的工具。可以使用模式匹配来测试数据的形状和值，而不是将其转换为一组对象。

看看下面的内容，它摘录自一个包含银行交易信息的文本文件：

输出

04-01-2020, DEPOSIT,    Initial deposit,            2250.00
04-15-2020, DEPOSIT,    Refund,                      125.65
04-18-2020, DEPOSIT,    Paycheck,                    825.65
04-22-2020, WITHDRAWAL, Debit,           Groceries,  255.73
05-01-2020, WITHDRAWAL, #1102,           Rent, apt, 2100.00
05-02-2020, INTEREST,                                  0.65
05-07-2020, WITHDRAWAL, Debit,           Movies,      12.57
04-15-2020, FEE,                                       5.55

它是 CSV 格式，但某些行的列数比其他行要多。对处理来说更糟糕的是，WITHDRAWAL 类型中的一列包含用户生成的文本，并且可以在文本中包含逗号。一个包含弃元模式、常量模式和 var 模式的列表模式用于捕获这种格式的值处理数据：


decimal balance = 0m;
foreach (string[] transaction in ReadRecords())
{
    balance += transaction switch
    {
        [_, "DEPOSIT", _, var amount]     => decimal.Parse(amount),
        [_, "WITHDRAWAL", .., var amount] => -decimal.Parse(amount),
        [_, "INTEREST", var amount]       => decimal.Parse(amount),
        [_, "FEE", var fee]               => -decimal.Parse(fee),
        _                                 => throw new InvalidOperationException($"Record {string.Join(", ", transaction)} is not in the expected format!"),
    };
    Console.WriteLine($"Record: {string.Join(", ", transaction)}, New balance: {balance:C}");
}

前面的示例采用了字符串数组，其中每个元素都是行中的一个字段。第二个字段的 switch 表达式键，用于确定交易的类型和剩余列数。每一行都确保数据的格式正确。弃元模式 (_) 跳过第一个字段，以及交易的日期。第二个字段与交易的类型匹配。其余元素匹配跳过包含金额的字段。最终匹配使用 var 模式来捕获金额的字符串表示形式。表达式计算要从余额中加上或减去的金额。

列表模式可以在数据元素序列的形状上进行匹配。使用弃元模式和切片模式来匹配元素的位置。使用其他模式来匹配各个元素的特征。

C# 8.0引入了属性模式，允许基于对象的属性进行模式匹配

public record Person(string Name,int Age);
var person = new Person("vipwan", 30);
//通俗易懂:如果person不为null,且name==vipwan 并且age>=18的时候
if (person is { Name: "vipwan", Age: >= 18 }) {
    Console.WriteLine("vipwan is an adult.");
}

C# 9.0引入的逻辑模式，它允许使用逻辑运算符and、or和not来组合模式。

int? number=null;//支持可空类型
if (number is > 0 and < 10 or 100) {
    Console.WriteLine("Number is between 0 and 10 or equals 100.");
}

元组模式允许你对元组的元素进行模式匹配，这在处理元组返回值或多值情况时非常有用

var numbers = (1, "one", 18);
if (numbers is (1, string name, int age)) {
    Console.WriteLine($"The name of 1 is {name}, age {age}!");
}

列表模式允许对数组、列表等集合进行模式匹配，可以匹配集合的长度、元素等属性。这对于处理集合数据时进行模式匹配提供了极大的便利。

int[] numbers = { 1, 2, 3 };
if (numbers is [1, 2, 3]) {
    Console.WriteLine("The array contains the numbers 1, 2, and 3 in that order.");
}

切片模式允许你匹配集合的一部分，而不是整个集合。这在你只关心集合的某个特定部分时特别有用。

int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4 };
if (numbers is [0, .., 4]) {
    Console.WriteLine("The array starts with 0 and ends with 4.");
}

这里只是介绍了部分好用常见的模式匹配,随着C#语言的逐代增强,可能会有更多的新特性和改进被引入。

参考 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/fundamentals/functional/pattern-matching