C#知识学习-007（模式匹配）

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1.模式匹配是什么

“模式匹配”是一种测试表达式是否具有特定特征的方法。

简单说，就是检查一个数据“长什么样”或“是什么”，然后根据这个“样子”决定程序做什么。

C# 支持多种模式，常用的大概有：

声明模式：检查表达式的运行时类型，如果匹配成功，请将表达式结果分配给声明的变量。
类型模式：检查表达式的运行时类型。
常量模式：测试表达式结果是否等于指定的常量。
关系模式：将表达式结果与指定的常量进行比较。
逻辑模式：测试表达式是否与模式的逻辑组合匹配。
弃元模式：匹配任何表达式。

（注：不用担心，我会在后面的例子中举例说明并标注）

2.Null检查

类型名称后添加 ? 符号表示该类型允许值为 null（空值），这是一个可空类型（Nullable Type）的语法。

标准类型 vs 可空类型：

普通 bool 类型只能有两个值：true 或 false。
bool? 类型允许三个值：true、false 或 null。

举个例子看看：

bool? isActive = null; // 合法，因为 bool? 允许 null
bool normalBool = null; // 编译错误！普通 bool 不能为 null

// 使用场景：检查记录是否存在
bool? hasPermission = 某一个值;//某一个值可能为true或null 
if (hasPermission == true) 
{
    Console.WriteLine("yes");
} 
else if (hasPermission == null) 
{
    Console.WriteLine("get null");
}

注意：直接使用可空类型前需检查是否为 null，我来举例

int? nullableInt = 某一个值; // 某一个值可能是 具体的int值 或 null

// 正确：先检查是否为 null
if (nullableInt.HasValue) 
{
    // 安全访问真实值
    int actualValue = nullableInt.Value; 
    Console.WriteLine($"num is {actualValue}");
}
else
{
    Console.WriteLine("num is null");
}

3.模式匹配怎么用

🎯 你只需要掌握两种用法：

3.1 is表达式（单个检查）

“is 表达式”支持通过模式匹配来测试表达式，并根据测试结果有条件地声明一个新的变量。

目的：检查表达式的类型/结构，匹配成功时同时声明一个新变量。

✅ 核心优势：检查类型的同时直接生成变量！

is 表达式的结构：

if (变量 is 类型 新变量名)

模式匹配最常见的方案之一是确保值不是 null

int? maybe = 12;
if (maybe is int number)
{
    Console.WriteLine($"The int 'maybe' has the value {number}");
}
else
{
    Console.WriteLine("The int 'maybe' doesn't hold a value");
}

注：

maybe is int 检查运行时 maybe 的实际类型是否为 int（类型模式的体现）

.... is int number 声明并初始化新变量 number （声明模式的体现）

双重功能：

先执行类型检查（类型模式）
成功后执行变量声明与赋值（声明模式）

模式匹配的另一种常见用途是测试变量是否与给定类型匹配。举一个例子吧：

void CheckType(object obj)
{
    // 使用is表达式进行类型检查
    if (obj is int number)
    {
        Console.WriteLine($"this is a int: {number} (and: {number * number})");
    }
    else if (obj is string text)
    {
        Console.WriteLine($"this is a string: \"{text}\" (and: {text.Length})");
    }
    else if (obj is double decimalNumber)
    {
        Console.WriteLine($"this is a double: {decimalNumber} (and: {decimalNumber * 2})");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine($"what: {obj.GetType().Name}");
    }
}

// 测试不同的对象
CheckType(42);           // 整数
CheckType("Hello World");// 字符串
CheckType(3.14);         // 浮点数
CheckType(true);         // 布尔值
CheckType(new object()); // 普通对象

补充：为什么用 object 类型？

在 C# 中，object 是所有类型的基类，也就是：

int number = 42;          // 值类型
string text = "Hello";    // 引用类型

// 所有类型都能赋值给object
object obj1 = number;
object obj2 = text;

3.2 switch表达式（多个检查）

“switch 表达式”允许你根据表达式的首次匹配模式执行操作。

目的：针对一个输入值，测试多种可能的模式并直接返回一个结果。

switch表达式的结构：

结果变量 = 输入值 switch
{
    匹配模式1 => 结果值1,
    匹配模式2 => 结果值2,
    匹配模式3 => 结果值3,
    _ => 默认结果值 // 必须包含的默认分支
};

工作原理：当执行switch表达式时

程序会从上到下依次检查每个分支
当找到第一个匹配的分支时，立即执行并返回对应的结果值
如果没有任何分支匹配，则执行默认分支(_)
返回的结果值被赋给左侧的结果变量

举一个使用常量模式的例子：

void HandleTrafficSignal(string? signal)
{
    string action = signal switch
    {
        "Red" => "Stop",
        "Yellow" => "wait",
        "Green" => "gogogo",
        null => "what",
        _ => "Unknown signal"
    };

    Console.WriteLine($"Signal: {signal} → Action: {action}");
}

// 测试
HandleTrafficSignal("Red");
HandleTrafficSignal("Green");
HandleTrafficSignal(null);
HandleTrafficSignal("Flashing");

注：

"Red" => "Stop" 精确匹配特定字符串值（常量模式的体现）

_ => "Unknown signal" 默认处理所有未匹配的情况（弃元模式的体现）

再举一个例子吧：

void PrintResult(int score)
{
    // Switch表达式判断分数等级
    string grade = score switch
    {
        < 50 => "Fail",
        >= 50 and < 90 => "Pass",
        >= 90 and <= 100 => "Distinction",
        _ => "Invalid Score"
    };

    Console.WriteLine($"Score: {score} - {grade}");
}

//测试
PrintResult(25);
PrintResult(55);
PrintResult(95);
PrintResult(105);

注：

< 50 => "Fail" 直接使用比较运算符进行值范围匹配（关系模式的体现）

>= 50 and < 90 使用逻辑运算符 and 组合多个条件（逻辑模式的体现）

_ => "Invalid Score" 表示"其他所有情况"（弃元模式的体现）

✅ 核心优势：

直接返回结果（不用先声明变量）
强制处理所有情况（忘写default会编译报错！）

4.枚举匹配

4.1 枚举

枚举（Enum）是一种值类型，它用于定义一组命名的整数常量。

默认情况下，枚举中的第一个元素的值是0，后面的元素依次增加1。

用星期来举例：

enum DaysOfWeek
{
    Monday,    // 默认值为0
    Tuesday,   // 1
    Wednesday, // 2
    Thursday,  // 3
    Friday,    // 4
    Saturday,  // 5
    Sunday     // 6
}

当然也可以指定值：

enum StatusCode
{
    OK = 200,
    NotFound = 404,
    ServerError = 500
}

4.2 枚举匹配使用

举个例子：现在有一个信息等级的枚举

LogLevel log = LogLevel.Warning;
enum LogLevel 
{ 
    Info, 
    Warning,
    Error 
}

先来看看如果使用传统的switch 语句

switch (log)
{
    case LogLevel.Info:
        Console.WriteLine("Info123");
        break;
    case LogLevel.Warning:
        Console.WriteLine("Warning123");
        break;
    case LogLevel.Error:
        Console.WriteLine("Error123");
        break;
}

现在使用Switch 表达式：

string message = log switch
{
    LogLevel.Info => "Info123",
    LogLevel.Warning => "Warning123",
    LogLevel.Error => "Error123",
    _ => "Unknown" // 默认处理
};

现在来深入对比一下：

特性	Switch 表达式	传统 Switch 语句
目的	返回值 (表达式角色)	执行操作 (语句角色)
默认处理	必须包含 `_` 分支	可省略 default
case 语法	直接 `成员 => 值`	`case 成员:` 语句块
break/return	不需要	必须显式使用