C# 列表模式（List Patterns）深度解析：模式匹配再进化！

简介

列表模式是一种模式匹配机制，允许检查一个集合（例如数组、List<T>、或任何实现了 IEnumerable<T> 的类型）的元素数量、顺序以及每个元素的内容。

在 C# 10 之前，模式匹配 (Pattern Matching) 已支持 switch 表达式、类型模式、属性模式等，但对列表或序列的匹配还不够直观。
C# 11 引入 列表模式（List Patterns），让开发者可以：

• 按顺序匹配数组、Span<T>、IList<T> 等列表。
• 检查长度、特定元素，甚至解构其中的值。
• 结合 switch、is、when 等模式匹配写出简洁、声明式的代码。

✅ 列表模式是模式匹配的扩展，不是新的集合类型。

语法

列表模式使用方括号 [] 来定义要匹配的模式：

基本形式：

[ element-pattern-1, element-pattern-2, ... ]

// 检查列表是否恰好包含三个元素：1, 2, 3
if (list is [1, 2, 3])
{
    Console.WriteLine("列表包含精确序列 1, 2, 3");
}

元素模式可以是：

• 常量（1、"abc"）
• 变量（var x）
• 类型模式（int x）
• 通配符（_）
• 切片模式（..，C# 11 引入）
• 嵌套模式（{}、[] 等）

可以用于：

• is 表达式
• switch 表达式或语句
• when 条件

匹配规则

• 匹配顺序严格一致。
• 元素数量需满足模式要求（可用切片模式放宽）。
• 支持 IEnumerable、数组、Span<T>、IList<T> 等实现 Length/Count 属性 + 索引器 的类型。

基础示例

精确匹配

int[] numbers = { 1, 2, 3 };

if (numbers is [1, 2, 3])
    Console.WriteLine("Exact match!");

只有当数组是 {1,2,3} 且长度为 3 时才匹配。

通配符 _

if (numbers is [1, _, 3])
    Console.WriteLine("Middle element can be anything");

忽略第二个元素，只要求首尾固定。

切片模式 ..

• 匹配以 1 开头的任意长度数组。

if (numbers is [1, ..])
    Console.WriteLine("Starts with 1");

• 匹配以 3 结尾的数组。

if (numbers is [.., 3])
    Console.WriteLine("Ends with 3");

• 开头和结尾都可检查，中间元素数量不限。

if (numbers is [1, .., 3])
    Console.WriteLine("Starts with 1 and ends with 3");

变量绑定

if (numbers is [1, .. var middle, 3])
    Console.WriteLine($"Middle elements count: {middle.Length}");

使用 var middle 捕获中间切片。

类型模式

object[] items = { "hello", 42, 99 };

if (items is ["hello", int x, ..])
    Console.WriteLine($"Second element is int: {x}");

结合类型模式和切片。

空集合匹配

   if (arr is []) 
   {
       Console.WriteLine("Array is empty");
   }

嵌套列表模式

object[] data = [1, [2, 3], 4];

string result = data switch
{
    [1, [2, 3], 4] => "Nested match: [1, [2, 3], 4]",
    _ => "No match"
};

Console.WriteLine(result); // 输出: Nested match: [1, [2, 3], 4]

结合 switch 表达式

int[] nums = { 1, 2, 3, 4 };

string result = nums switch
{
    [1, 2, 3, 4] => "Exact 1-2-3-4",
    [1, ..]      => "Starts with 1",
    [.., 4]      => "Ends with 4",
    []           => "Empty list",
    _            => "Other"
};
Console.WriteLine(result);

高级示例

斐波那契检测

int[] fib = { 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8 };

if (fib is [0, 1, .. var rest])
    Console.WriteLine($"Fibonacci sequence with {rest.Length + 2} elements");

解析命令行参数

string[] args = { "add", "user", "Alice" };

var command = args switch
{
    ["add", "user", var name] => $"Add user {name}",
    ["remove", "user", var name] => $"Remove user {name}",
    [] => "No command",
    _ => "Invalid"
};

Console.WriteLine(command);

带 when 条件

if (numbers is [var first, .., var last] && first < last)
    Console.WriteLine($"First < Last ({first} < {last})");

适用场景

• 数据验证：检查输入的集合是否符合预期结构。
• 数据提取：从集合中提取特定元素到变量，减少手动索引操作。
• 简化控制流：替代复杂的 if-else 或循环逻辑。
• 递归处理：结合切片模式处理嵌套或不定长集合。