在Java中酝酿模式：一本非正式的入门书

关于模式匹配、记录和密封的想法。

不久前，Java爱好者们被一个巨大的新增功能吞噬了--是的，我们都知道，对吗？- Java 1.8中的Lambda表达式!在Lambda面前黯然失色的，是另一条信息--"不应作为标识符使用，因为从源码级1.8开始，它是一个保留关键字"--被勤奋和迂腐的人看在眼里；等等，我错过了什么吗？嗯......是的，就像我们中的一些人错过了本文以_开头，一个下划线。下划线正被悄悄地从合法的标识符中移除--它正被提升（嘶......下划线还不知道）到一个更复杂的角色--这只是时代到来的另一个标志--在Java中匹配模式的时代已经到来了

模式匹配的ABC

那么什么是模式匹配呢？所有那些Unix的粉丝都会突然想起古老的awk；维基百科说"AWK ... 用作数据提取的......工具；......对程序中的每个模式进行一行扫描，对于每个匹配的模式，执行相关的动作。"--一个给定的模式被匹配，数据被提取，一些行动被采取--无论是否有数据。如果这听起来太复杂，我们会惊讶地发现，我们一直都在使用这个方法--我们所有人都非常熟悉的查找和替换选项。

让我们以 "千里之行 "为例，在这个例子中，我们要找到并将 "英里 "替换成 "公里"。因此，我们要寻找的模式是 "英里"，我们要提取的数据是 "英里 "本身--在这些情况下，模式和数据是一样的--然后我们对数据采取一个行动，即用 "公里 "替换数据--"英里"。这些首要原则在Java模式匹配中也是一样的，尽管在支持语法和语义方面增加了一些花哨的东西。

第一步

我们所有人都会使用instanceof检查，在大多数情况下，我们要做的是将其类型化为我们要检查的类型；即

public void foo(Object obj) {
  if (obj instanceof Integer) {        // Match
    Integer myInteger = (Integer) obj; // Extract
    System.out.println(myInteger);     // Action
  }
}

如果我们仔细观察上面的内容，我们可以清楚地看到一个模式的出现--匹配-提取-行动序列。毫不奇怪，模式匹配通过一个看似简单的改进进入了Java--如下图所示的Pattern Instanceof。

if (obj instanceof Integer myInteger) { // Match and Extract.   
    System.out.println(myInteger); // Action
}

模式实例将匹配和提取操作合二为一，为程序员提供了更紧凑的代码。这已经成为Java 16中的一个标准功能。

少即是多

随着instanceof模式在 "if语句 "中的初步成功，自然而然的进展就是要找出如何在switch语句中把它自然化。术语 "归化 "是有意使用的，因为在switch中使用同样的结构，直截了当地说，看起来很难看，因此在Java 17中，测试了一个名为 "模式切换 "的预览功能。在Java 17中，这处于第一个预览阶段，让我们看看它看起来如何。

switch (obj) {
  case Integer myInteger -> System.out.println(myInteger);
  case String myString -> System.out.println(myString);
  default -> System.out.println("Object");
}

上面的内容应该是不言自明的，对吗？我们不需要为每一个if语句调用一个pattern instanceof，而只需要在switch语句中得到这个结构，然后我们称之为 "Pattern Switch"。虽然语法和语义对程序员来说很简单，但考虑到我们在Eclipse写的Eclipse Compiler for Java (ecj)就是为了支持这一点（当然，javac的朋友也一样），我可以自信地说，实现这一点的重任并不是一帆风顺的；将其改造成现有的switch结构而不出现退步，经历了许多风暴总之，这一切都完成了，现在我们有了这个漂亮的开关模式。

传统上，switch总是有常量的大小写标签--现在有了Pattern Switches，大小写标签包含类型而不是常数。我们能不能以某种方式把 "常量 "的含义带到类型中去呢？嗯......好想法......看来我们已经在酝酿这方面的东西了--进入记录和密封类型。这些都是相当复杂的话题，我打算很快就写出自己的博文，但尽管如此，现在让我们简单地浏览一下它们的表面。

记录--一个恒定类的案例

记录的概念是在Java 16中引入的；事实上，它是前两个版本的预览功能，在16中成为标准。现在只需要说，记录实际上是具有特定语法的常量类--一种类似于构造函数的语法--其定义如下所示。

Java

record R(String name, Integer age) {}

现在，请记住，这可以编译成一个 "常量 "类，或只是一个有两个私有最终字段 "姓名 "和 "年龄 "的R类，这两个字段的值需要在实例化该类时给出。我们还有两个编译器 "内置 "的访问器--即 "name() "和 "age()"，分别返回name和age的值。因此，随着记录的出现，我们正在实现 "数据 "的恒定性。

密封类型

类型中的恒定性还有一个层面。你可以继续从一个类型派生出子类型。从编译器的角度来看，特别是从模式切换的角度来看，这意味着应该总是有一个 "默认 "的案例臂来做模式的 "全面 "滑移。如果我们真的想实现 "不变性"，即在编译时就知道所有的子类型，这样我们就可以列举代码中的所有类型，那么我们应该能够以某种方式 "密封 "层次结构，只 "允许 "我们 "允许 "的那些子类型。而从17日起，这可以通过 "密封"和 "允许"的组合来实现，如下图所示。

sealed interface I permits Y, Z, R {}
final class Y implements I {}
final class Z implements I {}
record R(String name, Integer age) implements I {}

"sealed "和 "permits "是限制性的标识符，它们在类或接口的定义中具有特殊的意义--我们在编译时为层次结构密封接口I，只允许类Y和Z以及记录R实现该接口--从而为编译时检查详尽分析提供额外的力量。注意，R中没有 "final"，因为根据定义，记录是final的，因此修饰词final是可选的。

把这一切结合起来

现在，让我们在我们的模式切换中使用这些新知识，看看如果我们在界面I上进行切换会是什么样子。

Java

public void foo(I myInterface) {
  switch (myInterface) {
    case Y y -> System.out.println(y);
    case Z z -> System.out.println(z);
    case R r -> System.out.println(r.name());
  }
}

细心的读者会发现，由于我们在列举所有的情况，所以缺省的臂膀不见了--类似于我们涵盖所有枚举值的情况--本质是一样的。

未来--不那么遥远

我们满意吗？不错的尝试--我们想要更多，不!我们想要更少--在提取时更少；那么我们能做什么？让我们看看上面的代码--我们看到在记录的情况下，我们没有使用记录的R，因为它是，但我们正在提取名字--我们可以做得更好吗？我们可以，如果我们能够把 "名字和年龄 "放在案例标签本身，如下所示：

case R(name, age) -> System.out.println(name);

现在，提取更简单了；它只是使用了 "名字"--但等等--这只是在讨论阶段，作为记录和数组模式JEP[Java增强建议]的一部分--在此提及，以便我们了解模式匹配的未来发展情况。

哦，UnderScore!你为何而来？

我们已经到了这篇文章的结尾，但正如前面提到的，这些功能中的每一个都值得单独写一篇文章来论证它们的细微差别。我保证很快就会写出这些文章来增加你的无聊感。在你进入深度睡眠之前，让我们看看我们被遗忘的英雄，下划线（_）。这个小家伙在整个故事中的地位如何？

任何尝试过Python的人都会知道，下划线可以用来表示我们对该变量不感兴趣--现在，如果你不知道Python，没关系--这只是Yours Truly不加掩饰地试图展示他比自己知道的更多；鉴于他仍然在学习Java本身，近十年来的进步速度让最懒惰的蜗牛也望尘莫及那么，废话少说......这里的_可能有什么用呢？在上一节的代码中，我们知道我们只使用了 "name"；"age "的加入只是为了使语法完整。

case R(name, _) -> System.out.println(name);

如果我们可以用下划线来代替那些我们不使用或不关心的变量--就像上面的代码一样，会怎么样？同样，这也是未来的预期。在类似的情况下，请谨慎对待，在该功能被纳入标准之前，我们不能声称它是一个真正的头像。然而，我只想说，当你看到下划线的时候，请记住它背后有一个完整的故事--永远不要低估"_"的力量。

Java模式匹配、记录、密封等新功能介绍学习（附实例）