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C# 模式匹配（Pattern Matching）

news 2025/8/29 7:43:29

官方文档：

模式匹配概述 - C# | Microsoft Learn、
使用模式匹配避免后跟强制转换的"is"检查
模式匹配完整参考
模式匹配实践教程

标签：record、Deconstruct

PS：Deconstruct可查看我的另一篇👉C# Deconstruct | 简化元组与对象的数据提取-CSDN博客

- 1. 概述
- - - 1.1 支持以下功能
  - 1.2 应用场景
  - 1.3 优点
- 2. 传统方式 vs 模式匹配
- - - 2.1 传统方式（C# 6.0 及之前）
    - 2.2 模式匹配方式（C# 7.0+）
- 3. C# 中的模式匹配类型
- - - 3.1 类型模式（Type Pattern）
    - 3.2 声明模式（Declaration Pattern）
    - 3.3 var 模式
    - 3.4 常量模式 (Constant Pattern)
    - 3.5 关系模式（Relational Pattern）
    - 3.5 逻辑模式（Logical Pattern）
    - 3.6 属性模式（Property Pattern）
    - 3.7 位置模式（Positional Pattern）- 与 record 配合使用
    - 3.8 列表模式 **（List Pattern）**（C# 11+）
- 3. 实际应用示例
- 4. 优势
- 5. 最佳实践
- 6. 总结

1. 概述

模式匹配是现代编程语言中的一种强大表达力丰富的条件分支方式，它允许检查值的特征（如类型、属性、值等）来简化条件逻辑，并根据检查结果执行相应的代码。

随着版本更新，C# 的模式匹配能力不断增强。

1.1 支持以下功能

解构提取 – 从复杂结构（如对象、元组等）中提取出内部元素
类型检查 – 判断值的类型是否符合预期
条件逻辑 – 将条件判断与变量绑定结合，增强代码表达力
声明式条件处理 – 以更清晰、结构化的方式编写多分支条件逻辑

1.2 应用场景

is表达式：直接条件判断。
switch表达式：返回值的模式匹配。
switch语句：多分支条件判断。

1.3 优点

模式匹配提高了代码的：

可读性：更简洁地表达复杂条件
安全性：编译器验证完整性，减少遗漏情况
表达力：支持丰富的模式组合和嵌套

2. 传统方式 vs 模式匹配

2.1 传统方式（C# 6.0 及之前）

// 需要多次类型检查和转换
if (shape is Circle)
{Circle circle = (Circle)shape;if (circle.Radius > 5){Console.WriteLine($"Large circle: {circle.Radius}");}
}
else if (shape is Rectangle)
{Rectangle rect = (Rectangle)shape;Console.WriteLine($"Rectangle: {rect.Width}x{rect.Height}");
}

2.2 模式匹配方式（C# 7.0+）

// 单一行内完成类型检查、条件判断和转换
if (shape is Circle { Radius: > 5 } circle)
{Console.WriteLine($"Large circle: {circle.Radius}");
}
else if (shape is Rectangle rect)
{Console.WriteLine($"Rectangle: {rect.Width}x{rect.Height}");
}

3. C# 中的模式匹配类型

3.1 类型模式（Type Pattern）

主要用于检查表达式的运行时类型，通常与 switch 表达式配合使用来实现基于类型的分支处理。

检查表达式是否匹配指定类型（不声明变量）。

if (obj is string)
{  Console.WriteLine("这是一个字符串");
}

与 switch 表达式配合使用

var area = shape switch
{Circle c => Math.PI * c.Radius * c.Radius,Rectangle r => r.Width * r.Height,_ => 0 // 处理 null 和其他值，也叫做弃元模式
};

3.2 声明模式（Declaration Pattern）

同时进行类型检查和变量声明。

如果表达式能与指定类型匹配，则条件为真，同时会创建一个新的类型化变量（此例中的 circle）来访问该实例的成员，从而避免了显式类型转换。

if (shape is Circle circle)
{Console.WriteLine($"Circle with radius {circle.Radius}");
}

3.3 var 模式

匹配任何表达式（包括 null）并将结果分配给变量。

static bool IsAcceptable(int id, int absLimit) =>SimulateDataFetch(id) is var results && results.Min() >= -absLimit && results.Max() <= absLimit;// 在 when 子句中使用
static Point Transform(Point point) => point switch
{var (x, y) when x < y => new Point(-x, y),var (x, y) when x > y => new Point(x, -y),var (x, y) => new Point(x, y),
};

3.4 常量模式 (Constant Pattern)

检查表达式是否等于指定常量（包括 null、枚举、字面量等）。

if (value is null) return;
if (value is 42) Console.WriteLine("答案是42");
if (value is "hello") Console.WriteLine("打招呼");

枚举值匹配

public State PerformOperation(Operation command) =>command switch{Operation.SystemTest => RunDiagnostics(),Operation.Start => StartSystem(),Operation.Stop => StopSystem(),Operation.Reset => ResetToReady(),_ => throw new ArgumentException("Invalid enum value for command", nameof(command)),};

字符串值匹配

public State PerformOperation(string command) =>command switch{"SystemTest" => RunDiagnostics(),"Start" => StartSystem(),"Stop" => StopSystem(),"Reset" => ResetToReady(),_ => throw new ArgumentException("Invalid string value for command", nameof(command)),};

3.5 关系模式（Relational Pattern）

此模式允许在模式匹配中使用关系运算符（<, >, <=, >=）来将属性值与常量进行比较。它使得基于数值范围的匹配变得非常直观和清晰，完美替代了多个 if-else if 语句链。

// 使用关系运算符进行比较
string sizeCategory = shape switch
{Circle { Radius: >= 10 } => "Extra large",Circle { Radius: >= 5 } => "Large",Circle { Radius: >= 1 } => "Medium",Circle { Radius: > 0 } => "Small",_ => "Invalid"
};

3.5 逻辑模式（Logical Pattern）

逻辑模式允许您使用逻辑运算符 and、or 和 not 将多个模式组合起来，形成一个更复杂的复合条件。

模式组合器优先级（从高到低）：not > and > or

// 使用逻辑运算符组合条件
string category = shape switch
{Circle { Radius: > 0 and <= 5 } => "Small to medium circle",Rectangle { Width: > 0, Height: > 0 } and not { Width: var w, Height: var h } when w == h => "Non-square rectangle",Rectangle { Width: var w, Height: var h } when w == h => "Square",_ => "Other"
};//Null 检查
string? message = ReadMessageOrDefault();if (message is not null)
{Console.WriteLine(message);
}int? maybe = 12;if (maybe is int number)
{Console.WriteLine($"The nullable int 'maybe' has the value {number}");
}
else
{Console.WriteLine("The nullable int 'maybe' doesn't hold a value");
}

3.6 属性模式（Property Pattern）

属性模式允许直接对对象的属性值进行匹配，而无需先检查类型再访问属性，支持递归匹配。

if (person is { Address.City: "Beijing" }) 
{Console.WriteLine("北京人");
}

static bool IsConferenceDay(DateTime date) => date is { Year: 2020, Month: 5, Day: 19 or 20 or 21 };// 结合类型检查和变量声明
static string TakeFive(object input) => input switch
{string { Length: >= 5 } s => s[..5],string s => s,ICollection<char> { Count: >= 5 } symbols => new string(symbols.Take(5).ToArray()),ICollection<char> symbols => new string(symbols.ToArray()),null => throw new ArgumentNullException(nameof(input)),_ => throw new ArgumentException("Not supported input type."),
};// 扩展属性模式（C# 10+）
static bool IsInDomain(WeightedPoint point) => point is { X: >= 0, Y: >= 0, Weight: >= 0.0 };

3.7 位置模式（Positional Pattern）- 与 record 配合使用

此模式用于对实现了 Deconstruct 方法的类型（如元组（Tuple）、记录（record）类型）进行解构，并根据其解构后的元素值进行匹配。

_ 代表丢弃符，表示忽略该位置的值。它是处理元组和记录等复合数据的强大工具。

public readonly struct Point
{public int X { get; }public int Y { get; }public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y);
}static string Classify(Point point) => point switch
{(0, 0) => "Origin",(1, 0) => "positive X basis end",(0, 1) => "positive Y basis end",_ => "Just a point",
};// 元组模式匹配
static decimal GetGroupTicketPriceDiscount(int groupSize, DateTime visitDate) => (groupSize, visitDate.DayOfWeek) switch
{(<= 0, _) => throw new ArgumentException("Group size must be positive."),(_, DayOfWeek.Saturday or DayOfWeek.Sunday) => 0.0m,(>= 5 and < 10, DayOfWeek.Monday) => 20.0m,(>= 10, DayOfWeek.Monday) => 30.0m,(>= 5 and < 10, _) => 12.0m,(>= 10, _) => 15.0m,_ => 0.0m,
};

3.8 列表模式（List Pattern）（C# 11+）

处理不规则数据结构，匹配数组或列表中的元素序列，支持切片模式 ..。

int[] numbers = { 1, 2, 3 };// 基本匹配
Console.WriteLine(numbers is [1, 2, 3]); // True// 结合关系模式和弃元模式
Console.WriteLine(numbers is [0 or 1, <= 2, >= 3]); // True// 使用切片模式
Console.WriteLine(new[] { 1, 2, 3, 4, 5 } is [> 0, > 0, ..]); // True
Console.WriteLine(new[] { 1, 2, 3, 4 } is [.., > 0, > 0]); // True// 捕获切片结果
void MatchMessage(string message)
{var result = message is ['a' or 'A', .. var s, 'a' or 'A']? $"Message {message} matches; inner part is {s}.": $"Message {message} doesn't match.";Console.WriteLine(result);
}
MatchMessage("aBBA"); // output: Message aBBA matches; inner part is BB.

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}");
}

3. 实际应用示例

public record Order(string Id, decimal Amount, string Status, DateTime OrderDate);public decimal CalculateDiscount(Order order) => order switch
{// 高金额且是新客户 - 大折扣{ Amount: > 1000, Status: "New" } => 0.15m,// 节假日订单 - 中等折扣{ OrderDate: { Month: 12, Day: >= 20 and <= 31 } } => 0.10m,// 普通订单 - 小折扣{ Amount: > 500 } => 0.05m,// 默认无折扣_ => 0m
};// 使用示例
var order = new Order("123", 1200m, "New", new DateTime(2023, 12, 25));
decimal discount = CalculateDiscount(order); // 返回 0.15 (15% 折扣)