模式匹配（Pattern Matching）是一种强大的特性，允许以简洁的方式检查和处理数据的类型、值或结构。相比传统的 if 语句，模式匹配可以让代码更简洁、可读性更高，尤其是在处理复杂条件或类型检查时。本文对 C# 模式匹配与 if 语句的对比和说明，重点介绍模式匹配的用法和优势。

模式匹配简介

C# 从 7.0 版本开始引入模式匹配，并随着版本迭代（如 8.0、9.0）不断增强。它主要用于：

• • 检查对象的类型（类型模式）。
• • 匹配常量或值（常量模式）。
• • 检查对象的属性或结构（属性模式、递归模式等）。
• • 简化条件逻辑，替代冗长的 if-else 结构。

主要场景:

• • is 运算符
• • switch 语句/表达式
• • when 子句结合模式匹配
• • 解构（Deconstruction）和元组

常见形式

is 模式匹配

is 运算符用于检查类型并可直接声明变量

object value = 42;
if (value is int number)
{
    Console.WriteLine($"It's an integer: {number}");
}

• • 优势：无需显式类型转换（如 (int)value）。
• • 适用场景：简单类型检查、类型转换。

switch 语句中的模式匹配

C# 7.0 引入了增强的 switch 语句，支持类型模式和 when 子句：

object obj = 42;
switch (obj)
{
    caseint i when i > 0:
        Console.WriteLine("Positive integer");
        break;
    caseint i when i <= 0:
        Console.WriteLine("Non-positive integer");
        break;
    casestring s:
        Console.WriteLine($"String: {s}");
        break;
    casenull:
        Console.WriteLine("Null value");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("Unknown type");
        break;
}

• • 优势：可以根据类型、值或条件进行分支处理，逻辑更清晰。
• • 适用场景：需要根据类型或条件执行不同逻辑。

switch 表达式（C# 8.0+）

switch 表达式是模式匹配的更简洁形式，返回值直接赋值：

object obj = "Hello";
string result = obj switch
{
    int i => $"Integer: {i}",
    string s when s.Length > 3 => $"Long string: {s}",
    string s => $"Short string: {s}",
    _ => "Unknown"
};
Console.WriteLine(result); // 输出：Long string: Hello

• • 优势：更简洁，适合返回值场景。
• • 适用场景：替代多分支 if-else 或简单的 switch 语句。

属性模式（Property Pattern, C# 8.0+）

属性模式允许检查对象的属性值：

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

Person person = new Person { Name = "Alice", Age = 25 };
if (person is { Age: >= 18 })
{
    Console.WriteLine($"{person.Name} is an adult.");
}

• • 优势：直接匹配对象的属性，减少嵌套 if 语句。
• • 适用场景：需要检查对象属性的复杂条件。

元组和解构模式

模式匹配支持元组和解构，简化多值比较：

(int x, int y) point = (3, 4);
string location = point switch
{
    (0, 0) => "Origin",
    (var x, var y) when x > 0 && y > 0 => "First quadrant",
    _ => "Other"
};
Console.WriteLine(location); // 输出：First quadrant

• • 优势：直接解构并匹配元组中的值。
• • 适用场景：处理元组或多值数据。

模式匹配 vs. if 语句的优缺点

模式匹配的优点

1. 1. 简洁性：减少类型转换和冗余代码。
2. 2. 可读性：逻辑更清晰，尤其是处理复杂类型或条件时。
3. 3. 表达力：支持复杂模式（如属性模式、递归模式）。
4. 4. 类型安全：编译器确保类型检查和转换的安全性。

模式匹配的局限性

1. 1. 学习曲线：对于新手，模式匹配的语法可能稍复杂。
2. 2. 适用范围：在简单条件判断中，if 语句可能更直观。
3. 3. 性能：模式匹配通常与 if 性能相当，但在复杂场景下需注意编译器优化。

if 语句的优点

1. 1. 简单直观：适合简单逻辑或不涉及类型检查的场景。
2. 2. 灵活性：可以处理任意复杂条件，不局限于模式匹配支持的结构。
3. 3. 熟悉度：开发人员通常更熟悉 if 语句。

if 语句的局限性

1. 1. 冗长：类型检查和转换需要更多代码。
2. 2. 可读性：嵌套 if 可能导致代码难以维护。
3. 3. 错误风险：手动类型转换可能引发运行时异常。

模式匹配与 if 的综合对比的示例

使用 if 语句

public void ProcessShape(object shape)
{
    if (shape is Circle)
    {
        var circle = (Circle)shape;
        if (circle.Radius > 0)
        {
            Console.WriteLine($"Circle with radius {circle.Radius}");
        }
    }
    elseif (shape is Rectangle)
    {
        var rect = (Rectangle)shape;
        if (rect.Width > 0 && rect.Height > 0)
        {
            Console.WriteLine($"Rectangle with area {rect.Width * rect.Height}");
        }
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Unknown shape");
    }
}

使用模式匹配

public void ProcessShape(object shape)
{
    switch (shape)
    {
        case Circle { Radius: > 0 } c:
            Console.WriteLine($"Circle with radius {c.Radius}");
            break;
        case Rectangle { Width: > 0, Height: > 0 } r:
            Console.WriteLine($"Rectangle with area {r.Width * r.Height}");
            break;
        default:
            Console.WriteLine("Unknown shape");
            break;
    }
}