告别 if-else：C#.NET 模式匹配让代码更优雅的正确方式

简介

模式匹配是 C# 7.0 开始引入的革命性特性，它提供了更简洁、更强大的方式来检查和提取数据中的信息。随着每个版本的更新，模式匹配功能不断强化，成为现代 C# 开发的核心特性。

模式匹配允许将输入表达式与各种特征进行匹配，支持多种模式类型。它主要用于：

• is 表达式：检查并可能声明变量。
• switch 语句：传统分支逻辑。
• switch 表达式：更简洁的表达式形式（C# 8.0 引入）。

模式匹配演进历程

基础模式类型

声明模式

1// 检查类型并声明新变量
2if (obj is string str)
3{
4    Console.WriteLine($"字符串长度: {str.Length}");
5}
6
7// 传统方式对比
8if (obj is string)
9{
10    string str = (string)obj;
11    Console.WriteLine($"字符串长度: {str.Length}");
12}
13

类型模式

1// 只检查类型，不声明变量
2if (obj is string)
3{
4    Console.WriteLine("这是一个字符串");
5}
6
7// 在 switch 表达式中使用
8var result = obj switch
9{
10    string => "它是字符串",
11    int => "它是整数",
12    _ => "其他类型"
13};
14

常量模式

1// 检查特定值
2if (value is 5) { /* 值等于5 */ }
3if (value is null) { /* 值为null */ }
4if (value is "hello") { /* 字符串比较 */ }
5
6// 在 switch 中
7string message = value switch
8{
9    0 => "零",
10    1 => "一",
11    null => "空值",
12    _ => "其他值"
13};
14

高级模式匹配

属性模式

1// 检查对象属性
2if (person is { Name: "John", Age: > 18 })
3{
4    Console.WriteLine("John 已成年");
5}
6
7// 嵌套属性模式
8if (order is { Customer: { Address: { City: "Beijing" } } })
9{
10    Console.WriteLine("北京客户的订单");
11}
12
13// C# 10 扩展属性模式
14if (order is { Customer.Address.City: "Beijing" })
15{
16    Console.WriteLine("北京客户的订单（简化写法）");
17}
18

位置模式（元组模式）

1// 元组解构和匹配
2var point = (x: 5, y: 10);
3var quadrant = point switch
4{
5    (0, 0) => "原点",
6    (var x, var y) when x > 0 && y > 0 => "第一象限",
7    (var x, var y) when x < 0 && y > 0 => "第二象限",
8    (var x, var y) when x < 0 && y < 0 => "第三象限",
9    (var x, var y) when x > 0 && y < 0 => "第四象限",
10    _ => "在坐标轴上"
11};
12

逻辑模式（C# 9.0+）

1// 使用逻辑运算符组合模式
2bool IsValid(object obj) => obj is not null and (string or int);
3
4// 复杂逻辑组合
5var category = value switch
6{
7    > 0 and < 10 => "小的正数",
8    < 0 or > 100 => "超出范围",
9    not null => "非空值",
10    _ => "其他"
11};
12

关系模式（C# 9.0+）

1// 使用关系运算符
2string GetSize(int value) => value switch
3{
4    < 0 => "负数",
5    >= 0 and < 10 => "小",
6    >= 10 and < 100 => "中",
7    >= 100 => "大"
8};
9
10// 与类型模式结合
11string Describe(object obj) => obj switch
12{
13    int i when i < 0 => "负整数",
14    int i when i > 0 => "正整数",
15    int => "零",
16    _ => "其他"
17};
18

列表模式（C# 11.0+）

1// 匹配数组或列表的特定模式
2int[] numbers = { 1, 2, 3, 4 };
3
4var result = numbers switch
5{
6    [1, 2, 3, 4] => "精确匹配",
7    [1, 2, ..] => "以1,2开头",
8    [.., 3, 4] => "以3,4结尾",
9    [1, .. var middle, 4] => $"以1开头4结尾，中间有{middle.Length}个元素",
10    [] => "空数组",
11    _ => "其他模式"
12};
13
14// 切片模式
15if (numbers is [var first, .. var rest])
16{
17    Console.WriteLine($"第一个元素: {first}, 剩余元素: {rest.Length}");
18}
19

字符串模式

1string text = "Hello, World";
2
3if (text is ['H','e','l','l','o', ..])
4{
5    Console.WriteLine("以Hello开头");
6}
7
8// 与Span<char>模式匹配结合
9ReadOnlySpan<char> span = text.AsSpan();
10if (span is ['H','e','l','l','o', ..])
11{
12    Console.WriteLine("匹配Span");
13}
14

自定义模式匹配

1// 通过 Deconstruct 方法支持位置模式
2public class Point
3{
4    public int X { get; }
5    public int Y { get; }
6    
7    public void Deconstruct(out int x, out int y)
8    {
9        x = X;
10        y = Y;
11    }
12}
13
14// 现在可以对 Point 使用位置模式
15var quadrant = point switch
16{
17    (0, 0) => "原点",
18    (var x, var y) when x > 0 && y > 0 => "第一象限",
19    // ...
20};w
21

表达式树中的模式匹配

1Expression<Func<object, bool>> expr = o => o switch
2{
3    int i when i > 0 => true,
4    string s when s.Length > 5 => true,
5    _ => false
6};
7
8// 解析表达式树
9if (expr.Body is SwitchExpression switchExpr)
10{
11    foreach (SwitchCase @case in switchExpr.Cases)
12    {
13        // 处理每个case
14    }
15}
16

实际应用场景

数据验证和处理

1public ValidationResult Validate(Order order)
2{
3    return order switch
4    {
5        null => ValidationResult.Failure("订单不能为空"),
6        { TotalAmount: <= 0 } => ValidationResult.Failure("金额必须大于0"),
7        { Customer: null } => ValidationResult.Failure("客户信息缺失"),
8        { Items: [] } => ValidationResult.Failure("订单项不能为空"),
9        { Status: OrderStatus.Cancelled } => ValidationResult.Failure("订单已取消"),
10        _ => ValidationResult.Success()
11    };
12}
13

API 响应处理

1public string HandleResponse(ApiResponse response)
2{
3    return response switch
4    {
5        { StatusCode: 200, Data: not null } => "成功",
6        { StatusCode: 404 } => "资源未找到",
7        { StatusCode: >= 400 and < 500 } => "客户端错误",
8        { StatusCode: >= 500 } => "服务器错误",
9        { Error: not null } => $"错误: {response.Error.Message}",
10        _ => "未知响应"
11    };
12}
13

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