C#的模式匹配通过is表达式和switch表达式，结合类型、属性、关系、列表等多种模式，统一实现数据检查与提取，显著简化多态处理、对象验证和条件分支，提升代码可读性与维护性。
C#的模式匹配，在我看来，它就是语言层面提供的一把“瑞士军刀”，专门用来优雅地处理基于类型、值或结构进行条件判断的场景。简单来说，它让你能以更简洁、更具表现力的方式检查一个表达式是否符合某种“模式”，并在此过程中提取出需要的数据。它极大地简化了我们过去习惯的那些冗长、嵌套的
if-else if
语句，尤其是当你需要根据对象的类型或者属性值来做不同的逻辑处理时，它的优势简直是压倒性的。
模式匹配的核心在于，它将数据检查和数据提取这两个紧密相关的操作，以一种统一且富有表现力的方式融合在一起。它不仅仅是语法糖，更是一种思维模式的转变，鼓励我们以更声明式的方式来思考和编写条件逻辑，让代码意图更加清晰，也更易于维护。
解决方案
要使用C#的模式匹配，我们主要会用到
is
表达式和
switch
表达式（或
switch
语句）的增强功能。这两种方式都支持多种模式类型，让我们可以根据不同的需求灵活运用。
1.
is
表达式与类型模式
最基础的用法是结合
is
操作符进行类型检查，并同时进行类型转换。
object item = "Hello World"; if (item is string message) { Console.WriteLine($"这是一个字符串：{message}，长度是：{message.Length}"); } else if (item is int number) { Console.WriteLine($"这是一个整数：{number}"); } else { Console.WriteLine("未知类型"); }
这里，
item is string message
不仅检查
item
是否为字符串，如果是，还会自动将其转换为
string
类型并赋值给
message
变量，省去了显式的强制类型转换。
2.
switch
表达式与语句
switch
是模式匹配的“主战场”，它支持更丰富的模式类型，让复杂的条件分支变得异常清晰。
旧版
switch
语句：
public enum ShapeType { Circle, Rectangle, Triangle } public class Shape { public ShapeType Type { get; set; } public double Radius { get; set; } // For Circle public double Width { get; set; } // For Rectangle public double Height { get; set; } // For Rectangle, Triangle } public double CalculateAreaOld(Shape shape) { switch (shape.Type) { case ShapeType.Circle: return Math.PI * shape.Radius * shape.Radius; case ShapeType.Rectangle: return shape.Width * shape.Height; case ShapeType.Triangle: return 0.5 * shape.Width * shape.Height; default: throw new ArgumentException("Unknown shape type"); } }
使用模式匹配的
switch
语句（更强大）：
public interface IShape { } public class Circle : IShape { public double Radius { get; set; } } public class Rectangle : IShape { public double Width { get; set; } public double Height { get; set; } } public class Triangle : IShape { public double Base { get; set; } public double Height { get; set; } } public double CalculateAreaNew(IShape shape) { switch (shape) { case Circle c: return Math.PI * c.Radius * c.Radius; case Rectangle r: return r.Width * r.Height; case Triangle t: return 0.5 * t.Base * t.Height; case null: // 处理null值 throw new ArgumentNullException(nameof(shape)); default: throw new ArgumentException("Unknown shape type", nameof(shape)); } }
使用
switch
表达式（C# 8.0+，更简洁，返回结果）：
public double CalculateAreaExpression(IShape shape) => shape switch { Circle { Radius: var r } => Math.PI * r * r, // 属性模式 + var模式 Rectangle { Width: var w, Height: var h } => w * h, Triangle { Base: var b, Height: var h } => 0.5 * b * h, null => throw new ArgumentNullException(nameof(shape)), _ => throw new ArgumentException("Unknown shape type", nameof(shape)) // discard模式作为默认匹配 };
这里我们看到了类型模式、属性模式和
var
模式的结合。
_
是一个弃元模式（discard pattern），它匹配任何值，通常用作
switch
表达式的默认情况。
C#模式匹配能解决哪些常见的编码痛点？
说实话，模式匹配的引入，简直是C#开发者的一大福音，它直接瞄准并解决了我们日常编码中那些让人头疼的“老问题”。
一个最显著的痛点就是处理多态类型时的冗长
if-else if
链。想象一下，你有一个
List<object>
，里面可能装着字符串、整数、自定义对象，你得遍历它，然后根据每个元素的实际类型执行不同的逻辑。在过去，你可能会写一堆
if (item is string)
然后强制转换，再
else if (item is int)
，代码很快就变得又臭又长，可读性极差，而且每次新增一种类型，都得小心翼翼地修改这个链条。模式匹配，特别是
switch
表达式，让这种场景变得异常优雅，你只需要列出你关心的“模式”，剩下的交给编译器去优化。
其次是复杂的对象属性验证和数据提取。比如，你从一个API接收到一个JSON对象，反序列化成一个
RequestData
对象。你需要检查这个对象是否非空，某个属性
User
是否非空，
User.Age
是否大于18，并且
User.Role
是否是“Admin”。传统做法可能是层层
if
嵌套，写起来像在爬山。而有了属性模式，你可以写成
requestData is { User: { Age: > 18, Role: "Admin" } }
，一下子就把所有条件清晰地表达出来，并且在匹配成功时，还能直接提取
User
对象或其内部属性，简直是太方便了。
再者，简化空值检查也是一个大亮点。过去我们写
if (obj != null)
，现在可以用
obj is not null
，或者更巧妙的
obj is { }
（检查是否非null且是任何类型），虽然看起来只是语法上的微小变化，但在某些场景下，比如与更复杂的模式结合时，它能让你的代码流更自然，减少不必要的括号和嵌套。
我个人觉得，模式匹配还提升了代码的意图表达力。当你的代码能直接“说出”它在寻找什么模式时，阅读者就能更快地理解你的业务逻辑。它将“检查类型”和“提取数据”这两个操作紧密结合，避免了重复的类型转换和临时变量，让代码更加紧凑且富有表现力。
深入理解C#模式匹配的几种核心类型
C#的模式匹配远不止简单的类型检查，它提供了多种模式类型，每种都有其独特的应用场景，理解它们能帮助我们更好地利用这一特性。
1. 类型模式 (Type Patterns) 这是最基础也是最常用的模式。它检查一个表达式的运行时类型是否与指定的类型兼容。如果兼容，还可以选择性地声明一个变量来捕获转换后的值。
object data = "Hello"; if (data is string s) // s现在是"Hello" { Console.WriteLine($"Length: {s.Length}"); }
它能匹配基类、接口，甚至可以检查是否是
null
（
is null
）。
2. 属性模式 (Property Patterns) C# 8.0引入，允许你检查一个表达式的属性是否匹配某个模式。这在处理复杂对象时非常有用。
public class User { public string Name { get; set; } public int Age { get; set; } } User user = new User { Name = "Alice", Age = 30 }; if (user is { Name: "Alice", Age: > 25 }) // 检查Name是否是"Alice"且Age是否大于25 { Console.WriteLine("Found Alice, who is over 25."); }
属性模式可以嵌套，形成非常强大的条件判断。
3. 关系模式 (Relational Patterns) C# 9.0引入，用于对数值类型进行比较操作。这让
switch
表达式处理数值范围变得异常简洁。
int score = 85; string grade = score switch { < 60 => "Fail", >= 60 and < 80 => "Pass", // 逻辑模式 (and, or, not) 结合关系模式 >= 80 and < 90 => "good", >= 90 => "Excellent", _ => "Invalid Score" }; Console.WriteLine($"Score {score} is {grade}");
这里结合了
and
、
or
、
not
这些逻辑模式，让条件组合更加灵活。
4. 列表模式 (List Patterns – C# 11+) 这是C# 11中一个非常激动人心的特性，允许你匹配数组或列表的结构和内容。
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 }; if (numbers is [1, _, 3, ..]) // 匹配以1开头，第三个元素是3，后面跟着任意元素的列表 { Console.WriteLine("Matches a specific list pattern."); } if (numbers is [var first, .., var last]) // 提取第一个和最后一个元素 { Console.WriteLine($"First: {first}, Last: {last}"); // Output: First: 1, Last: 5 }
_
是弃元模式，匹配单个元素但不关心其值。
..
是切片模式，匹配零个或多个元素。
5.
var
模式 (var Patterns) 这个模式非常简单，它总是匹配成功，并将表达式的值捕获到一个新的
var
变量中。
object obj = 123; switch (obj) { case var x: // 总是匹配，x会是obj的值 Console.WriteLine($"Value is {x}, type is {x.GetType()}"); break; }
它常用于在
switch
中作为默认的“捕获所有”情况，或者与属性模式结合使用来提取属性值。
6. 弃元模式 (Discard Patterns) 用下划线
_
表示，它匹配任何值，但不会将值绑定到任何变量。主要用于你关心匹配成功，但不关心具体值是什么的场景，或者作为
switch
表达式的默认分支。
int value = 10; string result = value switch { 1 => "One", 2 => "Two", _ => "Other" // 匹配所有其他值 };
7. 常量模式 (Constant Patterns) 最直观的模式，检查表达式的值是否等于某个常量。
string status = "Active"; switch (status) { case "Active": Console.WriteLine("User is active."); break; case "Inactive": Console.WriteLine("User is inactive."); break; default: Console.WriteLine("Unknown status."); break; }
在实际项目中，如何优雅地应用C#模式匹配提升代码质量？
在实际项目中，模式匹配的魅力在于它能将原本分散、复杂的条件逻辑，以一种高度集中且可读性极强的方式呈现出来。这不仅仅是代码行数的减少，更是思维模式的优化。
一个非常典型的应用场景是数据解析与验证。想象你正在开发一个处理外部消息的系统，这些消息可能来自不同的源，格式略有差异，但都包含一些关键字段。过去，你可能需要写一堆
if (message is SomeMessageType)
然后强制转换，再对转换后的对象进行字段校验。现在，你可以用一个强大的
switch
表达式来处理：
public record OrderRequest(string ProductId, int Quantity, string CustomerId); public record ReturnRequest(string OrderId, string Reason); public record UnknownRequest(string RawData); public string ProcessMessage(object message) => message switch { OrderRequest { ProductId: var pId, Quantity: > 0, CustomerId: not null } => $"Processing order for {pId}, quantity {message.Quantity}, customer {message.CustomerId}", ReturnRequest { OrderId: var oId, Reason: "Defective" or "WrongItem" } => $"Processing return for order {oId} due to {message.Reason}", OrderRequest { Quantity: <= 0 } => "Order quantity must be positive.", null => "Received null message.", _ => $"Unknown message type or invalid content: {message.GetType().Name}" }; // 示例调用 Console.WriteLine(ProcessMessage(new OrderRequest("PROD001", 5, "CUST001"))); Console.WriteLine(ProcessMessage(new ReturnRequest("ORD123", "Defective"))); Console.WriteLine(ProcessMessage(new OrderRequest("PROD002", 0, "CUST002"))); // 触发无效数量 Console.WriteLine(ProcessMessage(new UnknownRequest("Some raw data")));
这段代码清晰地展示了如何根据消息类型、内部属性值以及数值范围进行判断，并提取所需数据。它避免了多层嵌套，逻辑一目了然。
另一个重要的应用是简化策略模式的实现。如果你有一系列根据不同输入执行不同操作的“策略”，传统做法是定义接口、创建多个实现类，然后用工厂模式来获取实例。而模式匹配在某些情况下，可以把这些“策略”直接内联到
switch
表达式中，特别是当策略的逻辑相对简单，且主要依赖于输入数据的结构时。
public enum PaymentMethod { CreditCard, PayPal, BankTransfer } public decimal CalculateDiscount(decimal amount, PaymentMethod method) => method switch { PaymentMethod.CreditCard when amount > 1000 => amount * 0.05m, // 带有when子句的模式 PaymentMethod.CreditCard => amount * 0.02m, PaymentMethod.PayPal when amount > 500 => amount * 0.03m, PaymentMethod.PayPal => 0, _ => 0 // 其他支付方式没有折扣 };
这里，
when
子句允许你在模式匹配成功后添加额外的条件，这让策略的选择变得更加精细。
当然，也要注意避免过度使用。模式匹配虽然强大，但如果滥用，比如将所有简单的
if
都替换成复杂的模式，可能会适得其章，反而降低代码的可读性。我的经验是，当你的条件判断涉及：
- 多态类型处理
- 复杂对象属性的组合验证
- 数值范围判断
- 列表或数组的结构匹配
- 需要同时进行类型检查和数据提取 这些场景时，模式匹配就是你的最佳选择。在其他简单场景，传统的
if-else
可能更直观。关键在于找到平衡点，让代码既富有表现力，又易于理解和维护。模式匹配的引入，无疑让C#在处理复杂业务逻辑时，拥有了更优雅、更强大的工具。
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