Flutter模式匹配指南：一文精讲Dart3.0你所不知道的Pattern细节和注意事项

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2024年03月14日 13:30 · 阅读数 16

模式的作用：

模式是用来进行匹配和解构的；

匹配：

switch (number) {
  // Constant pattern matches if 1 == number.
  case 1:
    print('one');
}

解构：

void test1() {
  var map = {
    'a': 1,
    'b': 2,
    'c': 3,
    'd': 4,
    'e': 5,
    'f': 6,
    'g': 7,
    'h': 8,
    'i': 9,
    'j': 10,
    'k': 11,
    'l': 12,
  };
  final {"e":value} = map;
  print(value);
}

模式的种类有很多，而且可以进行适当组合来完成一些稍微复杂点的逻辑，可以看下面关于模式分类的介绍。

重要的一点是：模式不是一种类型，而是一种语法结构，类比语句和表达式，是语法结构的第三种形式

The core of this proposal is a new category of language construct called a pattern. "Expression" and "statement" are both syntactic categories in the grammar. Patterns form a third category.

伴随着模式匹配switch也添加了一些新的特性：

在switch中可以使用模式匹配。
除了过去的switch语句，增加了switch表达式的写法。

对于这样一个类：

abstract class Shape {
  double calculateArea();
}

class Square implements Shape {
  final double length;
  Square(this.length);

  double calculateArea() => length * length;
}

class Circle implements Shape {
  final double radius;
  Circle(this.radius);

  double calculateArea() => math.pi * radius * radius;
}

过去我们会这样写一个辅助方法：

double calculateArea(Shape shape) {
  if (shape is Square) {
    return shape.length + shape.length;
  } else if (shape is Circle) {
    return math.pi * shape.radius * shape.radius;
  } else {
    throw ArgumentError("Unexpected shape.");
  }
}

这显得比较繁琐，现在只需要：

double calculateArea(Shape shape) =>
  switch (shape) {
    Square(length: var l) => l * l,
    Circle(radius: var r) => math.pi * r * r
  };

而且switch表达式会检测是否匹配完全，如果少写了分支会直接无法通过编译，非常健壮

模式的分类：

模式分类	例子
逻辑或	`subpattern1 \|\| subpattern2`
逻辑与	`subpattern1 && subpattern2`
关系	`== expression` ,`< expression` ...
Cast	`foo as String`
Null-check	`subpattern?`
Null-assert	`subpattern!`
常量 Constant	`123`, `null`, `'string'` `math.pi`, `SomeClass.constant` `const Thing(1, 2)`, `const (1 + 2)`
变量 Variable	`var bar`, `String str`, `final int _`
标识符	`foo`, `_`
括号	`(subpattern)`
List	`[subpattern1, subpattern2]`
Map	`{"key": subpattern1, someConst: subpattern2}`
Record	`(subpattern1, subpattern2)` `(x: subpattern1, y: subpattern2)`
对象	`SomeClass(x: subpattern1, y: subpattern2)`

最开始的匹配的例子里 1就是常量模式，而解构的例子中{"e":value}就是Map-模式（简称Map-Pattern）

在一定的规则下（详细可参阅官方文档）模式之间是可以组合的

如：

void test3(){
  final (a&&[b,c,d]) = [1,2,3];
  print(a);
  print([b,c,d]);
}

或者：

void test3(){
  dynamic a = [1,2,3];
  if (a case (int b || [int _,int b,int _])) {
    print(b);
  }
}

甚至加上guard组成更复杂的逻辑：


void test1() {
  dynamic a = [
    [1, 2, 3],
    {"name": "Bob", "age": 2},
    3
  ];
  if (a case ((Map b || [var _, Map b, ...]) && var c) when c.length <= 3 && b["name"] == "Bob") {
    print(b);
  } else {
    print("no match");
  }
}

注意上面只是个演示，请在自己清楚自己要做什么的情况下使用，切勿本末倒置

Pattern可以出现的位置：

本地变量的声明和赋值(注意一定是local变量,在方法内部声明,不能用在全局、或者对象属性声明)

正确示范：

test(int parameter) {
  var notFinal;
  final unassignedFinal;
  late final lateFinal;

  if (c) lateFinal = 'maybe assigned';

  (notFinal, unassignedFinal, lateFinal) = ('a', 'b', 'c');
}

错误示范：

class Person {
  static int count = 0;
  static final list =[1,2,3];
  final [a,b,c] = list;  // Wrong
}

for和for-in loop中

Map<String, int> hist = {
  'a': 23,
  'b': 100,
};

for (var MapEntry(key: key, value: count) in hist.entries) {
  print('$key occurred $count times');
}

if-case 和 switch-case


void test3() {
  final obj = KeyObj(value: "value");
  switch (obj) {
    case KeyObj(:var value?):
      print('ok : $value');
      break;
    default:
  }

  if (obj case KeyObj(:var value?)) {
    print('ok : $value');
  }
}

class KeyObj {
  final String? value;
  const KeyObj({
     this.value,
  });

  @override
  bool operator ==(Object other) {
    if (identical(this, other)) return true;

    return other is KeyObj && other.value == value;
  }

  @override
  int get hashCode => value.hashCode;
}

集合字面量的控制流中

void test1() {
  final s =[1,2,3];
  final list =[1,2,3,if(s case [...,int a,])a+1];
  print(list);
}

另外为了避免一些怪异的语法可能导致的歧义，引入Pattern后有一些规定：

在变量定义的上下文中，Pattern必须出现在var 或者 final关键词之后
用Pattern进行定义的时候必须要初始化
Pattern出现在定义中不能用逗号分割成多条语句

// Not allowed:
(int, String) (n, s) = (1, "str");
final (a, b) = (1, 2), c = 3, (d, e);

在定义上下文中，变量-模式不需要再次声明final或var

final r =(1,2);
var (var x, y) = r; // BAD
var (x,y) = r; // GOOD

由于Dart存在函数的字面量形式,所以在switch表达式中第一个=>就会被视为swtich中的匹配标识而不是方法中的标识：

void test1() {
  num s = 1;
  final f = (int i) => i;
  final b = switch (s) {
    (int a) => (int i) => i,
    _ => -1,
  };
  if (b is Function) {
    print(b(10));
  }
}

Pattern出现的上下文大致可以分为两类：

1. irrefutable-pattern-context （也可以称为定义&赋值-上下文，主要形容相对于与匹配类型上下文中pattern可以命中也可以不命中，这里的pattern是必须匹配的）

只有irrefutable-pattern可以出现在这个位置，不可出现在这里的Pattern有以下几个：
```
  1.  logical-or
  2.  relational
  3.  null-check
  4.  constant
```
例如：

void test1() {
 final (int? a,int b) =(1,2); // null-check 不能出现在定义上下文中，因为？本身就含有可选与否的含义
  dynamic s = (1, 2);
  final ((a1, b1) || [a1 b1]) = s; // or-pattern也不能出现
  final (String a2||int a2) =s; // 同理 不可出现
  final (a3 && b3) = s;// 但是and-pattern是可以出现的
}

void test5() {
  final p = Person(firstName: "张", lastName: "向东");
  var Person(fullName: name) = p; // 对象-pattern是可以出现的
  print(name);
}
class Person {
  String firstName;
  String lastName;
  Person({
    required this.firstName,
    required this.lastName,
  });
  String get fullName => firstName + lastName;
}

2. refutable-pattern-context （也可以称为Matching-上下文）

所有pattern都可以出现在这里

目前根据我的总结，可以准确来说根据出现的位置可分为如下两部分，其关键核心区别在于是否在变量声明或赋值：

对于定义&赋值-上下文，是指所有出现定义和赋值的位置，包含：

本地变量的声明和赋值
for和for-in loop中

Matching-上下文可出现的位置包含：

if-case 和 switch-case
集合字面量的控制流中

其他需要注意的点

编译器无法检查到的运行时错误

在匹配上下文中，可能产生运行时错误的只有两种Pattern：

cast-pattern

void test3() {
  num i = 20;
  switch (i) {
    case var s as double:
      print("s");
    default:
      print("default");
  }
}

Null-assert-pattern

void test4() {
  num? i = 30;
  i = null;
  switch (i) {
    case var s!:
      print("$s");
    default:
  }
}

其他情况下请放心在Match上下文中使用Pattern，只要编译期没有错误，运行期就不会出错（除非你其他代码出错），这两种Pattern也可以单纯认为只是在匹配之后进行了cast和null-assert，推测是为了保持大家之前对as和 ! 的固有印象，所以直接抛出运行时错误，而不是不匹配本条而进行下一条匹配。

在定义-赋值上下文中可能会产生运行时错误就比较多了，需要非常慎重

除了上面提到的在Match上下文可能出现错误的pattern（cast和null-assert），

cast-pattern

void test3() {
  // 对于Map·
  var data = {
    'name': 'toly',
    'age': 29,
  };
  if (data case var i as int) { // Wrong
    print("match");
  }
  final a = switch (data) { // Wrong
    var i as int => 1,
    _=>-1,
  };
}

null-assert-pattern

void test3() {
    // 对于Map·
  var data = null;
  if (data case var i!) { // Wrong
    print("match");
  }
  final a = switch (data) { // Wrong
    var i!  => 1,
  };
  
}

还有其他几个特别需要注意的点：

对于List-Pattern和Recodr-Pattern，数量以及类型（假设指明的话）必须完全匹配

final a =[1,2,3];
var [a1,a2,a3,a4] =a; // Wrong

对于Map-Pattern，可以不完全列出所有的key，但是列出的key必须要保证等号右边的值一定含有该key

void test3() {
  // 对于Map·
  var data = {
    'name': 'toly',
    'age': 29,
  };
  var {'name': name1} = data; // Right
  print(name1);
  var {'name': name2, "": a2} = data; // Wrong
  var {'name': name3, "age1": a3} = data; // Wrong
}

当然dynamic类型如果处理不当也会出现运行时错误：

void test3() {
  // 对于Map·
  dynamic data = {
    'name': 'toly',
    'age': 29,
  };
  // final [int i] =data; // Wrong
  if (data case int i) { // OK
    print("match");
  }else{
    print("no match");
  }
  final a = switch (data) {
    () => 1,
    (int i) => 2,
    _ => -1,
  };                   // Ok
  print(a);
}

经过上面的测试和对比，我们可以看出，只要不在Match-上下文中使用as和! 是可以完全相信编译器的，不会出现运行时错误，但在定义-赋值-上下文中需要我们更加谨慎

Null-check Pattern 需要的注意事项

Null-check Pattern主要是为了匹配非空值，并且将原来的可空变量重新赋值到非空类型的变量上
但是要注意Null-check Pattern本身并不会匹配null值：

void test4() {
  num? i = 30;
  i = null;
  switch (i) {
    case var s?:
      print("$s");
    default:
      print("default"); //pass
  }
}

如果希望添加一个能匹配null值的Pattern，需要配合const pattern

void test4() {
  num? i = 30;
  i = null;
  switch (i) {
    case var s?:
      print("$s");
    case null:
      print("null");  // pass
    default:
      print("default");
  }
}

Map Pattern的字面量形式至少需要包含一个Entry

Note that mapPatternEntries is not optional, which means it is an error for a map pattern to be empty.

也就是说不准出现下面的代码：

void test3() {
    // 对于Map·
  var data = null;
  final a = switch (data) {
    {}  => 1, // Wrong
  };
  
}

如果要匹配任意Map：

void f(Map<int, String> x) {

  if (x case Map()) {} // 切记Map()是任意Map而不是空Map

}

如果只想匹配一个空的Map，：


void f(Map<int, String> x) {
  if (x case Map(isEmpty: true)) {}
}

关于Record含0个或者1个元素

如果定义的Record不含元素，则表示为()，注意()，如果包含","，会被警告
- 警告提示

var r = (,); //BAD
var r = (); // GOOD

但是如果Record只包含一个元素的话，结尾一定要添加","，否则会被视为括号表达式而不是Record

void test3() {
  final a = ();
  print(a.runtimeType); //  ()
  final b = (1);
  print(b.runtimeType); //  int
  final c = (1,);
  print(c.runtimeType); // (int)
}
// 和上面类似，
void test5() {
  final a = (test51());
  print(a.runtimeType); // int
  final c = (test51(),);
  print(c.runtimeType);  // (int)
}

int test51() {
  return 1;
}

同理：对于只包含一个元素的Record的解构同样需要在末尾添加","，只有添加了","号的解构才属于Record模式，否则是括号模式

void test4(){
  final source = (1,);
  final (a1,) = source;
  print(a1.runtimeType); // int
  final (a2) = source;
  print(a2.runtimeType); // (int)
}

在Match上下文中，一个赤裸的变量会被解释成constant-pattern，而一个带var，final或者Type的变量会被解释成variable-pattern

void test8(){
  final a =[1,2];
  const x =1;
  const y =2;
  switch (a) {
    case x:  // 注意这里的x是被解释成常量匹配，x代表的是常量1，那么显然[1,2] != 1
      print("x is :$x");
    default:
      print("default"); // pass
  }
}

void test8(){
  final a =[1,2];
  const x =1;
  const y =2;
  switch (a) {
    case var x: // 这里 var x 会被视作variable-pattern，因此会将x绑定为[1,2]
      print("x is :$x"); // pass
      break;
    default:
      print("default");
  }
}

同理

void test8() {
  final a = [1, 2];
  const x = 1;
  const y = 2;
  switch (a) {
    case [int, int]: // 这里赤裸的int被视作常量对象int，也就是类类型的对象int
      print("[int,int]");
    default:
      print("default"); // pass
  }
}

void test8() {
  final a = [1, 2];
  const x = 1;
  const y = 2;
  switch (a) {
    case [int e, int f]: // 这里待类型定义的e，f会被视作variable-pattern，匹配上之后会绑定值
      print("[int e,int f] is :[$e,$f]"); // pass
    default:
      print("default");
  }
}

关于int类对象和int常量对象是有区别的，请再看一个例子

void test8() {
  final a = [int, 2];
  switch (a) {
    case [int e, int f]:
      print("[int e, int f] is :[$e,$f]");
    default:
      print("default"); // pass
  }
}

void test8() {
  final a = [int, 2];
  switch (a) {
    case [Type e, int f]:
      print("[Type e, int f] is :[$e,$f]"); // pass
    default:
      print("default");
  }
}

注意上面a中的第一个元素是int类对象，因此只有下面的例子才能匹配

存在一个特例，那就是通配符"_"，通配符不论加不加final、var、类型前缀，它都会匹配通过(但是要注意如果加了类型前缀，需要匹配)

void test8() {
  final a = [int, 2];
  switch (a) {
    case [_, int f]:
      print("[int e, int f] is :[_,$f]"); // pass
    default:
      print("default");
  }
}

void test8() {
  final a = [int, 2];
  switch (a) {
    case [final _, int f]:
      print("[int _, int f] is :[_,$f]"); // pass
    default:
      print("default");
  }
}

如果加了类型前缀，类型前缀必须匹配通配符才能通过：

void test8() {
  final a = [int, 2];
  switch (a) {
    case [int _, int f]:
      print("[int _, int f] is :[_,$f]");
    default:
      print("default"); // pass
  }
}

补充：Record类似于List和Map的性质，元素内容其实是变量指向的实际对象，如果修改引用的内容会影响Record本身

void test5() {
  var list = [1, 2, 3];
  var map = {
    "name": "lili",
    "age": 18,
  };
  final r = (list, map);
  list = [1];
  print(r); // 不影响，因为和变量list本身没有关系 ([1, 2, 3], {name: lili, age: 18})
  final (l, m) = r;
  l.add(4);
  m["name"] = "halo";
  print(r); //影响，因为修改了list指向的实际内存 ([1, 2, 3, 4], {name: halo, age: 18})
}