話說模式比對(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确定，scala裡有很多的坑，模式比對也算一個。我整理了一下自己所了解的概念，以及一些例子。這個系列最好有些scala的基本經驗，或者接觸過一些其他函數式語言。

要了解模式比對(pattern-matching)，先把這兩個單詞拆開，先了解什麼是模式(pattern)，這裡所的模式并不是設計模式裡的模式。

而是資料結構上的，這個模式用于描述一個結構的組成。

我們很容易聯想到“正則表達”裡的模式，不錯，這個pattern和正則裡的pattern相似，不過适用範圍更廣，可以針對各種類型的資料結構，不像正則表達隻是針對字元串。

比如正規表達式裡 “^a.*” 這個pattern 表示以a開頭、後續一個或多個字元組成的字元串；

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，其内部資料在結構上抽象出來的表達式。如上面的list(“a”, _, _*) 就是一種list結構的pattern。

模式比對(pattern-matching)則是比對變量是否符合這種pattern。比如list(“a”,”b”)和list(“a”,”x”,”y”) 就符合上面的pattern，而list(“x”)則不符合。

直覺的看幾個例子：

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：

在 scala裡對pattern有明确的定義，在形式上有以下幾種pattern：

這個是真正能展現模式比對威力的一個模式！

我們來定義一個二叉樹：

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”并且右子節點沒有子節點

那麼可以用下面的方式比對：

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實作，是不是沒這麼直覺呢？

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比對泛型時要注意，

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，是以上面的 list[string] 裡的string運作時并不能檢測

foo(list(“a”))  和 foo(list(2)) 都可以比對成功。實際上上面的語句編譯時就會給出警告，但并不出錯。

通常對于泛型直接用通配符替代，上面的寫為 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：

依然是上面的treenode，如果我們希望比對到左邊節點值為”left”就傳回這個節點的話：

scala> tree.root match { case treenode(_, leftnode@treenode(“left”,_,_), _) => leftnode }

用@符号綁定 leftnode變量到比對到的左節點上，隻有比對成功才會綁定

另外解釋一下抽取器模式(extractor patterns)，一些資料裡也會提到這個模式

抽取器是一種實作模式比對的技術方式，在表現上，抽取器模式與構造器模式一緻，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”) => …  看着與構造器模式一模一樣(就是背後實作有所不同)

是以在模式的表現形式上，不适合把它劃為一類，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作上，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。

了解完模式比對的感念後，我們後續再看一下scala裡是怎麼實作模式比對的