54
話說模式匹配(1) 什麼是模式?
一些剛從java轉到scala的同學在開發的過程中猶如深陷沼澤，因為很多的概念或風格不確定，scala裏有很多的坑，模式匹配也算一個。我整理了一下自己所理解的概念，以及一些例子。這個係列最好有些scala的基本經驗，或者接觸過一些其他函數式語言。
要理解模式匹配(pattern-matching)，先把這兩個單詞拆開，先理解什麼是模式(pattern)，這裏所的模式並不是設計模式裏的模式。
而是數據結構上的，這個模式用於描述一個結構的組成。
我們很容易聯想到“正則表達”裏的模式，不錯，這個pattern和正則裏的pattern相似，不過適用範圍更廣，可以針對各種類型的數據結構，不像正則表達隻是針對字符串。
比如正則表達式裏 “^A.*” 這個pattern 表示以A開頭、後續一個或多個字符組成的字符串；
List(“A”, _, _*) 也是個pattern，表示第一個元素是”A”，後續一個或多個元素的List。
狹義的看，模式可以當作對某個類型，其內部數據在結構上抽象出來的表達式。如上麵的List(“A”, _, _*) 就是一種List結構的pattern。
模式匹配(pattern-matching)則是匹配變量是否符合這種pattern。比如List(“A”,”B”)和List(“A”,”X”,”Y”) 就符合上麵的pattern，而List(“X”)則不符合。
直觀的看幾個例子：
// 匹配一個數組，它由三個元素組成，第一個元素為1，第二個元素為2，第三個元素為3
scala> Array(1,2,3) match { case Array(1,2,3) => println(“ok”)}
ok
// 匹配一個數組，它至少由一個元素組成，第一個元素為1
scala> Array(1,2,3) match { case Array(1,_*) => println(“ok”)}
ok
// 匹配一個List，它由三個元素組成，第一個元素為“A”，第二個元素任意類型，第三個元素為”C”
scala> List(“A”,”B”,”C”) match{ case List(“A”,_,”C”) => println(“ok”) }
ok
例子中的：Array(1,2,3) ，List(“A”,_,”C”) 等都是模式，表示由指定元素組成的某種類型。
當然模式也不僅僅是表示某種結構的，還可以是常量，或類型，如：
scala> val a = 100
a: Int = 100
// 常量模式，如果a與100相等則匹配成功
scala> a match { case 100 => println(“ok”) }
ok
// 類型模式，如果a是Int類型就匹配成功
scala> a match { case _:Int => println(“ok”) }
ok
在 scala裏對pattern有明確的定義，在形式上有以下幾種pattern：
1) 常量模式(constant patterns) 包含常量變量和常量字麵量
scala> val site = “alibaba.com”
scala> site match { case “alibaba.com” => println(“ok”) }
scala> val ALIBABA=”alibaba.com”
scala> def foo(s:String) { s match { case ALIBABA => println(“ok”) } } //注意這裏常量必須以大寫字母開頭
常量模式和普通的 if 比較兩個對象是否相等(equals) 沒有區別，並沒有感覺到什麼威力
2) 變量模式(variable patterns)
確切的說單純的變量模式沒有匹配判斷的過程，隻是把傳入的對象給起了一個新的變量名。
scala> site match { case whateverName => println(whateverName) }
上麵把要匹配的 site對象用 whateverName 變量名代替，所以它總會匹配成功。
不過這裏有個約定，對於變量，要求必須是以小寫字母開頭，否則會把它對待成一個常量變量，
比如上麵的whateverName 如果寫成WhateverName 就會去找這個WhateverName的變量，如果找到則比較相等性，找不到則出錯。
變量模式通常不會單獨使用，而是在多種模式組合時使用，比如 List(1,2) match{ case List(x,2) => println(x) }
裏麵的x就是對匹配到的第一個元素用變量x標記。
3) 通配符模式(wildcard patterns)
通配符用下劃線表示：”_” ，可以理解成一個特殊的變量或占位符。
單純的通配符模式通常在模式匹配的最後一行出現，case _ => 它可以匹配任何對象，用於處理所有其它匹配不成功的情況。
通配符模式也常和其他模式組合使用：
scala> List(1,2,3) match{ case List(_,_,3) => println(“ok”) }
上麵的 List(_,_,3) 裏用了2個通配符表示第一個和第二個元素，這2個元素可以是任意類型
通配符通常用於代表所不關心的部分，它不像變量模式可以後續的邏輯中使用這個變量。
4) 構造器模式(constructor patterns)
這個是真正能體現模式匹配威力的一個模式！
我們來定義一個二叉樹：
scala> :paste
// Entering paste mode (ctrl-D to finish)
trait Node //抽象節點
case class TreeNode(v:String, left:Node, right:Node) extends Node //具體的節點實現，有兩個子節點
case class Tree(root:TreeNode) //Tree，構造參數是根節點
// Exiting paste mode, now interpreting.
這樣我們構造一個根節點含有2個子節點的數：
scala>val tree = Tree(TreeNode(“root”,TreeNode(“left”,null,null),TreeNode(“right”,null,null)))
如果我們期望一個樹的構成是根節點的左子節點值為”left”，右子節點值為”right”並且右子節點沒有子節點
那麼可以用下麵的方式匹配：
scala> tree.root match { case TreeNode(_,TreeNode(“left”,_,_), TreeNode(“right”,null,null)) => println(“bingo”) }
隻要一行代碼就可以很清楚的描述，如果用java實現，是不是沒這麼直觀呢？
5) 類型模式(type patterns)
類型模式很簡單，就是判斷對象是否是某種類型：
scala> “hello” match { case _:String => println(“ok”) }
跟 isInstanceOf 判斷類型的效果一樣，需要注意的是scala匹配泛型時要注意，
比如
scala> def foo(a:Any) { a match { case a :List[String] => println(“ok”); case _ => } }
如果使用了泛型，它會被擦拭掉，如同java的做法，所以上麵的 List[String] 裏的String運行時並不能檢測
foo(List(“A”)) 和 foo(List(2)) 都可以匹配成功。實際上上麵的語句編譯時就會給出警告，但並不出錯。
通常對於泛型直接用通配符替代，上麵的寫為 case a : List[_] => …
6) 變量綁定模式 (variable binding patterns)
這個和前邊的變量模式有什麼不同？看一下代碼就清楚了：
依然是上麵的TreeNode，如果我們希望匹配到左邊節點值為”left”就返回這個節點的話：
scala> tree.root match { case TreeNode(_, leftNode@TreeNode(“left”,_,_), _) => leftNode }
用@符號綁定 leftNode變量到匹配到的左節點上，隻有匹配成功才會綁定
另外解釋一下抽取器模式(extractor patterns)，一些資料裏也會提到這個模式
抽取器是一種實現模式匹配的技術方式，在表現上，抽取器模式與構造器模式一致，都是 case A(e1,e2) => 這樣的形式。
在《Programming in scala》一書中提到 序列模式(sequence patterns)，針對所有SeqFactory的子類，它其實就是抽取器模式。
在表達形式上 case List(1,2,3) => … 或 case Array(“a”,”b”) => … 看著與構造器模式一模一樣(就是背後實現有所不同)
所以在模式的表現形式上，不適合把它劃為一類，非要把 序列模式 與構造器模式區分的話，也是從它們背後的實現上，而不是表現上。
另外《Programming in scala》一書中也單獨提到 元組模式(tuple patterns)， 元組模式本質上也是一個構造器模式。
了解完模式匹配的感念後，我們後續再看一下scala裏是怎麼實現模式匹配的
文章轉自 並發編程網-ifeve.com
最後更新：2017-05-22 20:03:27