C#的模式匹配是什么？如何使用？-C#.Net教程-PHP中文网

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#的模式匹配是什么？如何使用？

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

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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

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表达式和

switch

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表达式（或

switch

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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。

is

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表达式与类型模式

最基础的用法是结合

is

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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");
}

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这里，

item is string message

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不仅检查

item

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是否为字符串，如果是，还会自动将其转换为

string

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类型并赋值给

message

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变量，省去了显式的强制类型转换。

switch

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表达式与语句

switch

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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

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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");
    }
}

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使用模式匹配的

switch

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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));
    }
}

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使用

switch

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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
};

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这里我们看到了类型模式、属性模式和

var

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模式的结合。

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是一个弃元模式（discard pattern），它匹配任何值，通常用作

switch

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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

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链。想象一下，你有一个

List<object>

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，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)

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然后强制转换，再

else if (item is int)

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，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

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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

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对象。你需要检查这个对象是否非空，某个属性

User

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是否非空，

User.Age

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是否大于18，并且

User.Role

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是否是“Admin”。传统做法可能是层层

if

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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" } }

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，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

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对象或其内部属性，简直是太方便了。

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再者，简化空值检查也是一个大亮点。过去我们写

if (obj != null)

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，现在可以用

obj is not null

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，或者更巧妙的

obj is { }

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（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}");
}

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它能匹配基类、接口，甚至可以检查是否是

null

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（

is null

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）。

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.");
}

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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

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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}");

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这里结合了

and

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、

or

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、

not

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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
}

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是弃元模式，匹配单个元素但不关心其值。

..

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是切片模式，匹配零个或多个元素。

var

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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

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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;
}

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它常用于在

switch

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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

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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

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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
};

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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;
}

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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)

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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

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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")));

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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

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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
};

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这里，

when

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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

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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
```
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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。

以上就是C#的模式匹配是什么？如何使用？的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！