了解F#中的模式比對與活動模式

模式比對（Pattern Matching）允許我們根據辨別符值的不同進行不同的運算，它通常被拿來跟C#中的if…else或switch文法結構相比較，結論往往是模式比對比後者要更為靈活、強大。那先來分析一下它靈活、強大在哪兒。

為什麼說模式比對是靈活、強大的？

在我前面寫過的幾篇随筆裡面，有幾次提到了模式比對，比如它能夠對簡單值（整數、字元串）比對，也可以對.NET類型進行比對，看下面兩個簡單的例子：

可以看到，這裡所用的模式比對沒有給人太多驚喜，不用費多大力氣就可以将其轉換為if…else或switch結構了。

先别急着離開，清單是FP中的典型資料結構，我們對它應用一下模式比對看看。

listOfList是一個清單的清單，兩個函數concatenateList和concatenateList2的功能都是将listOfList的元素連接配接為一個大的清單，隻不過一個用模式比對方式實作，一個使用if…then…else結構實作。可以看到concatenateList的代碼更為簡潔，但僅僅如此嗎？在concatenateList2中，我們按照傳統的看待連結清單（F#中的清單以連結清單實作）的方式，将其中的節點一個一個取出來進行處理，這種處理方式是較為具體和細節的；而在concatenateList中我們通過兩個簡單的模式“head :: tail”和“[]”就覆寫了清單的所有可能，可以說，我們找到了更好地分解清單這種資料結構的方式，進而可以更為通用地處理清單。

類似的，再來看看Union類型的情況。Union類型，有時稱為sum類型或discriminated union，可将一組具有不同含義或結構的資料組合在一起。它的一個典型應用是表示一顆樹：

這裡通過BinaryTree<'a>定義一個泛型二叉樹類型，printBinaryTreeValues函數用于列印其節點的值，這裡需要判斷節點的類型（子樹還是葉子），有趣的是，Leaf和Node自動抽象為“模式”，不需要任何額外的工作。這樣就可以看到一些所謂“靈活、強大”的影子了，對于Union類型所表示的資料結構，模式比對可以極為簡單、自然地分解、處理它。

除了清單和Union類型，元組對于模式比對的“自适應”也是類似的，這些已經夠我們解決很多問題了。那對于其它的更複雜的場景或者更特殊的領域，F#還有什麼大招呢？你一定能想得到，這就是活動模式。

活動模式（Active Pattern）

活動模式的思想就是把模式比對文法用于其他更多的資料結構。可以把它分為Single-Case、Multi-Case、Partial這幾種類型。我将逐一做出介紹。

Single-Case活動模式 

Single-Case是最簡單的活動模式形式，它将一個輸入值轉換為其它的值，比如：

這裡的UpperCase就是一個模式，它的類型資訊為：active recognizer UpperCase: string -> string，可以看到下面求result值的時候可以像前面一樣使用模式比對的文法了，UpperCase “FOO”可以了解為對于輸入值”foo”，應用了UpperCase模式後，結果應當為”FOO”，如果确實如此，那麼該模式就比對了，是以result的值為true。

UpperCase模式看起來像是一個函數，不過對于函數來說，沒法直接應用模式比對的文法。

Multi-Case活動模式

這裡(|Odd|Even|)就是Multi-Case模式了，Even的類型資訊為：active recognizer Even: int -> unit，即它沒有傳回值，是以在比對時，直接寫Even或Odd就可以了。

Partial活動模式 

簡單來說，Partial模式就是那些并不總是傳回值的模式。比如輸入值的範圍可能過于龐大，或者對于某些傳回值我們并不感興趣，可以将其忽略。比如，對于自然數來說，隻有一小部分是完全平方數或者能夠被7整除。

自然數有很多特性，而在函數describeNumber中，我們隻關注它是否是完全平方數或者7的倍數，其它的就都舍棄不管了。

應用 

我們來看看如何使用活動模式來操作XML文檔。

這裡首先定義針對XML節點的模式，然後應用該模式來遞歸列印出一個XML節點及其子節點的資訊。

可以看到使用活動模式，寥寥數語就可以描述出XML節點的通用資料結構來了，這為接下來對節點的操作提供了良好的基礎，而且我們回歸了問題本身——XML文檔，而不需要關注具體的程式設計細節。

小結 

這裡先是介紹了F#中模式比對的用法，這個可以了解為使用F#内置的模式，這樣我們就可以處理F#中的值和特定的資料結構，比如清單、Union類型和元組等；接下來更進一步，活動模式把模式比對的文法用到了其他更多的資料結構，這樣模式的應用範圍得到了很大的擴充。而且通過活動模式，我們可以将問題域轉換為一套術語來表達，進而脫離程式設計細節回歸到問題域本身，這也就有了一些LOP（Language-Oriented Programming）的特點，事實上，活動模式正是F#中LOP的實作方式之一。這個我将在後面的随筆做更深入的讨論。

參考 

本文轉自一個程式員的自省部落格園部落格，原文連結：http://www.cnblogs.com/anderslly/archive/2008/11/25/fsharp-adventure-pattern-matching-and-active-pattern.html，如需轉載請自行聯系原作者。