Swift 模式匹配

前言

• 在 Swift 中模式匹配是个重要的概念。

  • 最常用的模式匹配是 switch 语法。

  • 模式匹配非常灵活，在使用 switch 进行一轮模式匹配时，不需要所有的 case 都是同一种风格。

    let i = 5
    
    switch i {
    
        case 1:
            print("The box is 1")
    
        case 2:
            print("The box is 2")
    
        case 3...100:
            print("Number in the box is not less than 3 and not more than 100")
    
        default:
            print("Guess not to come out")
    }
    

• 很明显 “匹配” 与 “相等” 是不同的，case 中的类型不同时，匹配的标准也不同。

  • 当 case 中只有一个单独的值时，我们可以认为相等就是匹配。
  • 当 case 中是一个范围时，匹配的标准也改变了，因为一个值不可能与一个范围相等，此时我们会认为匹配的标准是该对象存在于该范围中。

• 实际上很多可以进行模式匹配的对象，本身并不能判等。当你需要对某个对象做模式匹配时，需要提前预设好能够与对象做匹配的数据类型，并且指定匹配的规则。为了实现上述过程需要重载操作符 ~=。

  func ~=(lhs: Int, rhs: Int) -> Bool {
      ...
  }
  
  func ~=(lhs: Range<Int>, rhs: Int) -> Bool {
      ...
  }
  

  • lhs 参数代表 case 可以接受的类型，rhs 代表发起模式匹配的对象。
  • Switch 在表层的模式匹配语法之下封装了这些 ~= 函数，当执行到某个类型的 case 值时会转换成执行对应类型的 ~= 函数，并返回值判断该次匹配知否成功。

1、枚举的模式匹配

• 在 Swift 中使用枚举的好处是，可以把一些服务器返回的基础类型的值封装成有意义的对象。

  enum TestLevel: Int {
  
      case low    = 0
      case middle
      case high
  }
  

  • 一个普通的枚举类型是不可比较的，有原始值的枚举类型可以做比较，比较时会根据原始值进行比较。
  • 使用上面的简写会分别获得 1 和 2 的原始值。

• 既然已经决定把服务器返回的状态位封装成一个枚举，那么在数据结构中就不要保留它的原始值，否则你可能不得不写出一个不太好的模式匹配版本。

  let type = TestLevel(rawValue: 0) ?? .low
  
  switch type {
  
      case .high:
          print("Level is high")
  
      case .middle:
          print("Level is middle")
  
      case .low:
          print("Level is low")
  }
  

  • 对枚举做模式匹配时，如果 switch 中 case 的值覆盖了枚举类型的所有情况时，不需要 default。

2、元组的模式匹配

• 相比于枚举，元组中包含多个数据元素，可以匹配整个元组，也可以匹配元组中的某个数据成员，这是因为 Swift 已经为元组重载了多个版本的 ~= 操作符。

  let tuple = (9527, "xiaoming")
  
  switch tuple {
  
      case (1111, "lilei"):                   // 匹配整个枚举
          print("Found lilei")
  
      case (2222, _):                         // 只匹配部分元素
          print("Num. is 2222")
  
      case (9527, let name):                  // 匹配部分成员，并取出没有参与匹配的元素
          print("9527 name is \(name)")
  
      default:
          break
  }
  

• 在 Swift 中元组是匿名的，不具备复用的特性，所以经常被当作临时变量保存数据。除了保存数据，元组还可以把一个复杂的 if else 结构封装成模式匹配的格式，使得代码逻辑更加清晰。

  enum Limit: String {
      case admin
      case guest
  }
  
  func login(limit: Limit, userName: String, password: String) {
  
      switch (limit, userName, password) {
  
          case (.admin, "xiaoming", "abc123"):
              print("login success")
  
          case (.admin, _, _):
              print("name or password error")
  
          case (.guest, _, _):
              print("guest login")
      }
  }
  

  • 通过元组的封装，把一个逻辑结构的问题转换成了一个数据结构的问题，模式匹配只有一层，判断的顺序一目了然，并且每一个 case 都需要列出 limit, userName, password 三者的具体情况，不会因为 if else 层次的加深而造成逻辑的缺失。

3、if 和 guard 中的模式匹配

• 除了前面的 switch 语句，Swift 2.0 中为更多的基础语法引入了模式匹配，比如 if 和 guard 语句。

  if case 可以接受的类型 = 发起模式匹配的对象 {
  
      // 模式匹配成功时执行的代码段
  }
  

  guard case 可以接受的类型 = 发起模式匹配的对象 else {
  
      // 模式匹配不成功时执行的代码段
      return
  }
  
  // 模式匹配成功时执行的代码段
  

• 在判断条件中对基本数据类型使用模式匹配

  let a = 3
  
  // 原来的写法
  
  if a >= 0 && a <= 5 {
      print("include")
  }
  

  // 模式匹配的 if case 写法
  
  if case 0...5 = a {
      print("include")
  }
  

  // 模式匹配的 guard case 写法
  
  guard case 0...5 = a else {
      return
  }
  
  print("include")
  

• 也可以在判断条件中对元组使用模式匹配过滤无用信息，结构看起来与 switch 中的 case 的格式类似。

  enum Limit: String {
      case admin
      case guest
  }
  
  func login(loginTyuple: (limit: Limit, userName: String, password: String)) {
  
      // 先进性黑名单判断
  
      if case (.admin, "lilei", _) = loginTyuple {
          return
      }
  
      // 在进行正常操作
  
      switch loginTyuple {
  
          case (.admin, "xiaoming", "abc123"):
              print("login success")
  
          case (.admin, _, _):
              print("name or password error")
  
          case (.guest, _, _):
              print("guest login")
      }
  }
  

4、for 中的模式匹配

• 在循环中引入模式匹配，则循环只会处理哪些匹配的对象。

  for case 可以接受的类型 in 发起模式匹配的对象集合 {
  
      // 模式匹配成功时执行的代码段
  }
  

• 比如现在有三个用户，我们只对管理员权限的用户进行操作。

  enum Limit: String {
      case admin
      case guest
  }
  
  let loginArr = [
      (Limit.admin, "xiaoming", "abc123"),
      (Limit.admin, "lilei", "222"),
      (Limit.guest, "hanmeimei", "333")
  ]
  

  for case let (Limit.admin, name, _) in loginArr {
      print(name)
  }
  

5、模式匹配中的 where 关键字

• 我们可以把嵌套的逻辑结构封装成元组，但是并不是所有的逻辑结构都适合封装成元组，这时你可以保留原始的模式匹配格式，然后使用 where 关键字在其上增加逻辑判断。

• where 语句直接附在 case 语句之后，用来为模式匹配增加匹配条件，where 的优势是保持了模式匹配格式的整齐度，where 可以用于所有的模式匹配中。

  let arr = [
      (name: "heianqishi", imdb: 9.0, year: 2008),
      (name: "xingjichuanyue", imdb: 8.7, year: 2014),
      (name: "jiyisuipian", imdb: 8.5, year: 2000)
  ]
  

  // 未使用模式匹配的写法
  
  for case let (_, imdb, _) in arr {
      if imdb > 8.5 {
          print(imdb)
      }
  }
  

  • 使用模式匹配的写法

    // 用在 for 语句中
    
    for case let (_, imdb, _) in arr where imdb > 8.5 {
        print(imdb)
    }
    

    // 用在 if 语句中
    
    // Swift 3.0 之前
    if case 2001...2010 = arr[0].year where arr[0].imdb > 8.5 {
        print("21th first high imdb film")
    }
    
    // Swift 3.0 及之后
    if case 2001...2010 = arr[0].year, arr[0].imdb > 8.5 {
        print("21th first high imdb film")
    }
    

    // 用在 switch 语句中
    
    switch arr[0] {
    
        case (_, let imdb, _) where imdb > 8.0:
            print("more than 8.0")
    
        case (_, let imdb, _) where imdb <= 8.0:
            print("less than 8.0")
    
        default:
            break
    }