3.3 模式匹配深入

3.3 模式匹配深入

模式匹配是 switch 的超集：能按常量、类型、结构解构、守卫条件分派，并配合密封层级实现编译期穷举检查。它是 Scala 里"让非法状态不可表示"的主力工具。

从 switch 到结构分派

def describe(x: Matchable): String = x match
  case 0            => "零"
  case n if n == 42 => "宇宙终极答案"        // 守卫
  case s: String    => s"字符串：$s"          // 类型模式
  case (a, b)       => s"二元组 ${a}和${b}"    // 元组解构
  case head :: rest => s"列表头 $head"        // 列表解构
  case _            => "其他"
​

对样例类解构是它真正的威力所在——分派的同时完成"拆包"：

sealed trait Payment
case class Alipay(amount: BigDecimal, userId: String) extends Payment
case class BankCard(amount: BigDecimal, last4: String) extends Payment
case object Refused extends Payment

def settle(p: Payment): String = p match
  case Alipay(a, u)      => s"支付宝 $u 扣 $a"
  case BankCard(a, "0000") => s"无效卡号拒绝"
  case BankCard(a, last) => s"卡尾号 $last 扣 $a"
  case Refused           => "风控拒绝"
​

试着删掉 case Refused 分支：编译器立刻报"匹配不穷举"。这是密封层级 + 模式匹配送你的免费正确性证明——新增一种 Payment 子类型时，全项目漏改的地方会在编译期排队现身，而不是在生产环境排队报警。

匹配的完整素材表

一个解析器小例子

解析形如键值对的配置行，类型安全地把脏输入挡在门外：

def parseLine(line: String): Option[(String, String)] =
  line.trim match
    case ""                     => None
    case s if s.startsWith("#") => None
    case s"$k=$v"               => Some((k.trim, v.trim))
    case _                      => None
​

s"$k=$v" 是字符串插值模式，直接在字符串结构上解构。

模式匹配的两种去处

表达式（上面的 settle，每个分支有值）与部分函数：

val handler: PartialFunction[Event, String] =
  case Click(x, y) => s"clicked $x $y"
  case KeyPress(c) => s"key $c"

handler.isDefinedAt(Idle)   // false，只响应部分输入
​

偏函数是"只处理一部分输入的函数"，actor 收信、异常捕获、路由表的标准写法（6.2、7 章都会重逢）。

⚠️ 匹配顺序自上而下，第一个命中的分支生效——把具体模式放前、宽泛模式放后，case _ 永远垫底。

图 3-2 match 表达式的分派树

完整案例：JSON 解析结果的分层处理

背景：上游系统推送的 JSON 字段可能缺失、类型不符或嵌套，需要对一段解析结果做分层校验并给出可读错误。用模式匹配把每一层的非法情况显式写出来：

sealed trait Json
case class JStr(v: String)      extends Json
case class JNum(v: Double)      extends Json
case class JObj(fields: Map[String, Json]) extends Json
case object JNull               extends Json

def userEmail(j: Json): Either[String, String] = j match
  case JObj(fields) =>
    fields.get("email") match
      case Some(JStr(s)) if s.contains("@") => Right(s)
      case Some(JStr(s))                    => Left(s"邮箱格式非法: $s")
      case Some(other)                      => Left("email 不是字符串")
      case None                             => Left("缺少 email 字段")
  case other => Left(s"根节点必须是对象，实际是 $other")

userEmail(JObj(Map("email" -> JStr("a@b.c"))))   // Right(a@b.c)
userEmail(JObj(Map("email" -> JNum(3))))          // Left(email 不是字符串)
​

操作分三步：sealed 封闭类型层级、match 逐层解构、守卫（if s.contains("@")）在形状之外追加语义校验。结果：四种非法输入得到四种不同错误消息。解读：sealed 让编译器检查分支是否穷尽，少一种情况直接报错，这把"忘了一种 case"这类运行时事故前移到编译期；守卫则承担"类型对但值不对"的细粒度判定。变式：把 Either 换成 Option 会丢错误信息，换成 cats 的 Validated 可以累积多个字段错误——同一套匹配骨架，换上下文即换语义。

常见编译错误：match not exhaustive

def kind(j: Json) = j match
  case JStr(_) => "str"
// 编译警告：JNum、JObj、JNull 未覆盖
​

对付这条警告有正反两条路：补全分支（正），或加 @unchecked 压制（下策，只在你比编译器更懂不变量时用）。匹配的纪律是宁全勿缺。

本节要点回顾

• 解构 + 分派一体：样例类匹配在分支里直接拆字段。
• 密封层级换穷举检查：编译器替你证明"没漏分支"。
• 素材丰富：守卫、嵌套、或模式、变长序列、插值模式各有场景。
• 偏函数：只处理部分输入，是路由与事件分发的原生表达。