Scala的模式匹配

一、模式匹配是什么？

核心思想：模式匹配就像“分类整理物品”——你提前设定好不同类别的规则，遇到一个物品时，自动将它归到对应的类别，并触发相应的操作。

和 if-else 的区别：

• if-else 是逐个条件判断（需要手动写条件）
• 模式匹配是结构化拆解（自动按形状匹配）

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二、模式匹配的 8 大应用场景

场景 1：匹配数据类型（判断变量类型）

scala复制代码

val obj: Any = "Hello"

obj match {
  case s: String => println(s"这是字符串：$s")
  case i: Int    => println(s"这是整数：$i")
  case _         => println("其他类型")
}

解释：

• 如果 obj 是 String，打印字符串；
• 如果是 Int，打印整数；
• _ 表示默认情况（类似 else）。

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场景 2：匹配常量值（类似 switch）

scala复制代码

val day = "Monday"

day match {
  case "Monday"    => println("周一")
  case "Tuesday"   => println("周二")
  case _           => println("其他天")
}

对比 if-else：

scala复制代码

if (day == "Monday") println("周一")
else if (day == "Tuesday") println("周二")
else println("其他天")

优势：代码更简洁、结构化。

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场景 3：匹配元组（结构化数据）

scala复制代码

val tuple = (1, "apple")

tuple match {
  case (1, fruit) => println(s"数量为 1，水果是 $fruit")
  case (qty, "banana") => println(s"香蕉有 $qty 个")
  case _ => println("未知")
}

输出：数量为 1，水果是 apple

关键点：自动按结构拆解元组，并绑定变量（如 fruit）。

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场景 4：匹配列表（拆解元素）

scala复制代码

val list = List(1, 2, 3)

list match {
  case Nil          => println("空列表")
  case head :: tail => println(s"第一个元素是 $head，剩余部分是 $tail")
}

输出：第一个元素是 1，剩余部分是 List(2, 3)

说明：

• :: 是列表的构造操作符（head 是第一个元素，tail 是剩余部分）。
• 可以匹配不同长度的列表（如 case List(a, b) 匹配长度为 2 的列表）。

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场景 5：匹配类对象（case class）

scala复制代码

// 定义 case class（自动支持模式匹配）
case class Student(name: String, age: Int)

val student = Student("张三", 18)

student match {
  case Student("张三", age) => println(s"找到张三，年龄 $age")
  case Student(name, 20)  => println(s"找到年龄 20 的学生：$name")
  case _                  => println("其他学生")
}

输出：找到张三，年龄 18

关键：case class 天生适合模式匹配（自动提供解构能力）。

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场景 6：匹配守卫条件（if 增强）

scala复制代码

val num = 15

num match {
  case n if n < 10 => println("小于 10")
  case n if n % 2 == 0 => println("偶数")
  case _ => println("其他")
}

输出：其他

作用：在匹配模式后增加条件过滤。

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场景 7：处理 Option 类型（安全处理空值）

scala复制代码

val maybeName: Option[String] = Some("Alice")

maybeName match {
  case Some(name) => println(s"名字是 $name")
  case None       => println("没有名字")
}

对比 Java 的 null 检查：

java复制代码

if (maybeName != null) {
  System.out.println("名字是 " + maybeName);
} else {
  System.out.println("没有名字");
}

优势：更安全、避免空指针异常。

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场景 8：异常处理（try-catch）

scala复制代码

try {
  // 可能抛出异常的代码
} catch {
  case e: FileNotFoundException => println("文件没找到")
  case e: IOException           => println("IO 错误")
  case _: Exception             => println("其他异常")
}

说明：Scala 的异常处理底层也是模式匹配！

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三、模式匹配的底层原理

• 编译阶段：Scala 编译器会将模式匹配转换为高效的 if-else 或 switch 字节码。
• 优化：对于 case class 或密封类（sealed class），编译器会检查是否覆盖所有可能情况。

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四、模式匹配的 3 大优势

1. 代码简洁：用结构代替繁琐的条件判断。
2. 安全性：
   • 编译时检查是否覆盖所有情况（对 sealed class）。
   • 避免直接访问对象内部字段（通过解构）。
3. 表达力强：能处理复杂的数据结构（如嵌套的 JSON、XML）。

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五、最佳实践

1. 优先用 case class：为需要模式匹配的类添加 case 修饰符。
2. 密封类（sealed）：如果类的所有子类已知，用 sealed 修饰父类，编译器会检查匹配是否完整。

   scala复制代码

   sealed trait Message
   case class Text(content: String) extends Message
   case class Image(url: String) extends Message
   
   def process(msg: Message) = msg match {
     case Text(content) => println(s"文字消息：$content")
     case Image(url)    => println(s"图片地址：$url")
     // 不需要默认分支，因为密封类已覆盖所有情况
   }

3. 避免过度使用：简单判断用 if-else 更直观。

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六、练习题（自测理解）

1. 以下代码输出什么？

   scala复制代码

   val x = List(1, 2, 3)
   x match {
     case List(1, _*) => println("以 1 开头")
     case _ => println("其他")
   }

   答案输出：以 1 开头（`_*` 匹配剩余任意元素）

2. 如何用模式匹配判断一个 List 是否为空或只有一个元素？

   答案```scala list match { case Nil => println("空列表") case head :: Nil => println("只有一个元素") case _ => println("多个元素") } ```