深入了解 C# 12 中的高级模式匹配
C# 12 引入了一些激动人心的新特性，以增强其模式匹配的能力。这些增强功能为开发者提供了更具表现力和简洁的方式来处理数据，从而生成更清晰、可维护的代码。本文将讨论两个主要的 C# 12 增强特性：let 模式和高级递归模式。为了充分利用这些模式，我们将解释它们的工作原理、优点，并提供实用的代码示例。
一. 什么是 C# 中的模式匹配？
C# 中的模式匹配功能允许您测试值与特定模式的匹配，并以清晰、简洁的方式提取数据。模式匹配功能于 C# 7 中首次引入，并在后续版本中扩展，使处理复杂数据结构和 switch 表达式变得更加容易。
在 C# 12 中，模式匹配工具包得到了增强，包括：
-
let 模式：使用 let模式引入中间变量的模式匹配。 -
递归模式：递归模式允许匹配和解构更复杂的嵌套对象。
让我们详细了解这些特性。
二. C# 12 的 let 模式
C# 12 的一个显著特性是 let 模式，它允许您在模式匹配中定义和绑定变量，并在后续操作中重用该值。这在您需要重用表达式结果或处理复杂条件时尤其有用。
代码示例：基本的 let 模式
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
// 定义简单的 let 模式类
public static class SimpleLetPattern
{
// 检查折扣资格
public static string CheckDiscount(int age)
{
return age switch
{
// 使用 'let' 引入中间变量 isAdult
let isAdult when isAdult >= 18 => "Eligible for discount", // 如果 isAdult 大于等于 18，则返回 eligible
_ => "Not eligible for discount" // 否则返回不符合条件
};
}
}
在上面的示例中，let 引入了变量 isAdult，该变量保存年龄值。条件 isAdult >= 18 在模式中进行评估，当年龄大于或等于 18 时返回 "Eligible for discount"。
let 模式的好处
-
可读性：简化复杂条件，使其易于管理。 -
可重用性：多次检查可以重用计算结果，减少冗余。 -
中间计算：在模式中进行的计算可以在后续检查中重用。
三. C# 12 的递归模式
递归模式利用位置模式和属性模式，允许在嵌套数据结构（例如复杂对象或元组）中进行深度解构和匹配。
代码示例：使用元组的递归模式
以下是一个简单的递归匹配元组的示例：
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
public static class SimpleLetPattern
{
// 获取坐标
public static string GetCoordinates((int X, int Y) point)
{
return point switch
{
// 递归模式匹配元组
(0, 0) => "Origin", // 如果坐标是 (0, 0)，则返回原点
(let x, 0) when x > 0 => "X-axis positive", // 当 x 大于 0 时，返回 X 轴正方向
(0, let y) when y > 0 => "Y-axis positive", // 当 y 大于 0 时，返回 Y 轴正方向
_ => "Somewhere else" // 否则返回其他位置
};
}
}
在这个示例中，元组的元素 (int X, int Y) 被递归匹配：
-
(0, 0)对应原点。 -
当 x > 0匹配任何位于 X 轴正侧的点(let x, 0)。 -
(0, let y)对应于当y > 0时的任何正 Y 轴点。
使用 let 模式，您可以轻松地将元组的部分内容分配给变量，并应用进一步的条件。
代码示例：对象的递归模式
假设您有嵌套类或记录，需要对深层嵌套属性进行模式匹配：
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
// 定义地址类
public class Address
{
public string City { get; set; } = string.Empty; // 城市
public string Country { get; set; } = string.Empty; // 国家
}
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
// 定义个人类
public class Person
{
public string Name { get; set; } = string.Empty; // 姓名
public Address? Address { get; set; } // 地址
// 获取个人位置
public static string GetPersonLocation(Person person)
{
return person switch
{
// 对嵌套对象进行递归模式匹配
{ Address: { City: "New York", Country: "USA" } } => "Person is in New York, USA", // 如果在纽约，返回具体消息
{ Address: { Country: "USA" } } => "Person is in the USA", // 如果在美国，返回一般消息
{ Address: { City: var city } } => $"Person is in {city}", // 只知道城市时返回城市名称
_ => "Location unknown" // 否则返回未知位置
};
}
}
在此示例中，我们递归地匹配 Person 对象的嵌套 Address 属性：
-
如果人员在纽约，则返回具体消息。 -
如果人员在美国，则返回一般消息。 -
如果只知道城市，则打印城市名称。
高级递归模式与解构
您还可以使用解构与递归模式，这在处理元组和记录时特别有用。
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
// 定义点记录
public record Point(int X, int Y);
public static class Points
{
// 描述点的位置
public static string DescribePoint(Point point)
{
return point switch
{
// 递归匹配和解构
Point(0, 0) => "At the origin", // 如果在原点返回相应消息
Point(let x, let y) when x == y => "X equals Y", // 如果 X 等于 Y
Point(let x, _) when x > 0 => "Positive X-coordinate", // 如果 X 大于 0
Point(_, let y) when y > 0 => "Positive Y-coordinate", // 如果 Y 大于 0
_ => "Somewhere else" // 否则返回其他位置
};
}
}
Point 记录可以如下解构为其组成部分 X 和 Y：
-
如果两者均为零，则返回 "At the origin"。 -
如果 X == Y，则返回 "X equals Y"。 -
相应地，提供具体消息，如果 X 或 Y 为正。
四. 将 let 和递归模式结合使用
在 C# 12 中，您可以将 let 模式与递归模式结合使用，以创建更具表现力和强大的代码。
代码示例：使用 let 的复杂递归模式
namespace CSharp12.AdvancedPatternMatching;
// 定义树节点类
public class TreeNode
{
public int Value { get; set; } // 节点值
public TreeNode Left { get; set; } // 左子节点
public TreeNode Right { get; set; } // 右子节点
// 搜索树
public static string SearchTree(TreeNode node)
{
return node switch
{
// 使用 let 捕获节点值
{ Value: let value, Left: null, Right: null } => $"Leaf node with value {value}", // 如果是叶节点
{ Left: { Value: let leftValue } } when leftValue > 0 => "Left child is positive", // 如果左子节点值大于 0
{ Right: { Value: let rightValue } } when rightValue < 0 => "Right child is negative", // 如果右子节点值小于 0
_ => "Other node" // 其他节点
};
}
}
此示例使用 let 模式来捕获当前节点及其子节点的值。您可以基于这些值应用条件，这在树状数据结构中特别有用。
五. 总结
C# 12 中的高级模式匹配特性为开发者提供了强大的工具，包括 let 模式和增强的递归模式。利用这些模式，您可以编写简洁、声明式的逻辑，处理复杂条件和深层嵌套数据时具有更大的表现力和可读性。
无论您是在处理简单数据结构还是复杂的 递归结构，这些新特性将帮助您编写更清晰、可维护的代码。将先进的模式匹配技术集成到您的项目中，将提升您的开发体验，同时提高应用程序的质量。通过使用这些高级模式匹配特性，我们的 C# 代码将变得更加表达丰富，更易于阅读和维护。