C# 9.0 新特性之模式匹配简化

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记得在 MS Build 2020 大会上，C# 语言开发项目经理 Mads Torgersen 宣称 C# 9.0 将会随着 .NET 5 在今年 11 月份正式发布。目前 .NET 5 已经到了 Preview 5 阶段了，C# 9.0 也已经初具规模。忍不住激动的心情，暂停更新《C#.NET 拾遗补漏》系列几天，先要和大家分享一下我了解到的 C# 9.0 的新特性。由于新特性比较多，所以会分成几篇来讲。这是第一篇，专讲模式匹配这个特性的简化。

模式匹配（Pattern Matching）是在 C# 7.0 引入的，是对 switch 语句的增强，可以支持实现复杂的条件匹配。下面我先用一个示例来展示一下模式匹配的一般的用法。

假如现在我们要计算各种车辆在某高速的通行费，比如有下面四种车辆，分别定义为以下四个类，各个类中定义了和通行费计算相关的属性：

public class Car
{
    public int Passengers { get; set; }
}

public class DeliveryTruck
{
    public int GrossWeightClass { get; set; }
}

public class Taxi
{
    public int Fares { get; set; }
}

public class Bus
{
    public int Capacity { get; set; }
    public int Riders { get; set; }
}

下面用用模式匹配的方式来实现一个计算通行费的方法：

public decimal CalculateToll(object vehicle) =>
    vehicle switch
{
    Car { Passengers: 0}        => 2.00m + 0.50m,
    Car { Passengers: 1}        => 2.0m,
    Car { Passengers: 2}        => 2.0m - 0.50m,
    Car c                       => 2.00m - 1.0m,

    Taxi t => t.Fares switch
    {
        0 => 3.50m + 1.00m,
        1 => 3.50m,
        2 => 3.50m - 0.50m,
        _ => 3.50m - 1.00m
    },

    Bus b when ((double)b.Riders / (double)b.Capacity) < 0.50 => 5.00m + 2.00m,
    Bus b when ((double)b.Riders / (double)b.Capacity) > 0.90 => 5.00m - 1.00m,
    Bus b => 5.00m,

    DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass > 5000) => 10.00m + 5.00m,
    DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass < 3000) => 10.00m - 2.00m,
    DeliveryTruck _ => 10.00m,

    { } => throw new ArgumentException(message: "Not a known vehicle type", paramName: nameof(vehicle)),
    null => throw new ArgumentNullException(nameof(vehicle))
};

代码来源于文末参考链接

如果上面代码阅读起来感觉吃力，你可以先阅读文末参考链接中的第一个链接，关于模式匹配的详细介绍。

实现这个业务逻辑，若在 C# 7.0 之前，需要用一堆的 if/else 来实现。有了模式匹配后，变得方便了很多，而且使用上很灵活，代码结构也更优美。

对我来说，模式匹配是个极好的特性！但这还不够，C# 9.0 对模式匹配的写法做了进一步的简化！

以上面代码为例，模式匹配可以分为三种：简单模式、关系模式和逻辑模式。下面分别说说 C# 9.0 对三种模式的简化。

简单模式

以上面 CalculateToll 方法示例代码为例，简单模式是这种：

vehicle switch
{
    ...
    Car c => 2.00m - 1.0m
}

我们其实可以发现，上面的变量 c 声明了却没用被使用，现在 C# 9.0 中可以把它省略了：

vehicle switch
{
    ...
    Car => 2.00m - 1.0m
}

关系模式

以上面 CalculateToll 方法示例代码为例，关系模式是通过比较（大小）关系来匹配的，对应的代码片段如下：

DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass > 5000) => 10.00m + 5.00m,
DeliveryTruck t when (t.GrossWeightClass < 3000) => 10.00m - 2.00m,
DeliveryTruck _ => 10.00m,

现在 C# 9.0 可以简写成：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
    > 5000 => 10.00m + 5.00m,
    < 3000 => 10.00m - 2.00m,
    _ => 10.00m,
}

逻辑模式

在 C# 9.0 中，你可以通过逻辑操作符 and 、 or 和 not 对模式进行组合，下面是一些示例：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
    < 3000 => 10.00m - 2.00m,
    >= 3000 and <= 5000 => 10.00m,
    > 5000 => 10.00m + 5.00m,
}

not null => throw new ArgumentException($"Not a known vehicle type: {vehicle}", nameof(vehicle)),
null => throw new ArgumentNullException(nameof(vehicle))

另外， not 关键字还可以用来替代 if 条件判断中的逻辑非(!)，比如：

// 原来的写法
if (!(e is Customer)) { ... }

// 新的写法（易读性更好）
if (e is not Customer) { ... }

C# 9.0 还有很多其它好用的新特性，下一篇文章继续与你分享。文章写短一点不是因为我偷懒哈，而是为了促使大家一次性看完，方便大家在零碎时间阅读，避免因文章太长而成为“收藏不看”系列。

敬请关注我明天下一篇关于 C# 9.0 新特性的介绍，明天不见不散。