JS `Pattern Matching` (提案)：结构化解构与条件分支的表达力

各位观众老爷们，晚上好！欢迎来到今天的“JS Pattern Matching：让你的代码像诗一样优雅”讲座！

今天咱们不聊框架撕逼，也不谈性能优化，就来点轻松愉快的，聊聊JavaScript的未来趋势——Pattern Matching（模式匹配）。这玩意儿，说白了，就是让你的代码更简洁、更易读，更重要的是，更有趣！

虽然目前这还只是个提案（还在TC39委员会里磨叽呢），但已经引起了广泛关注。所以，提前了解一下，绝对不亏！

什么是Pattern Matching？

简单来说，Pattern Matching 是一种通过结构化解构和条件分支来匹配数据结构的强大工具。它允许你根据数据的形状和值，执行不同的代码逻辑。

如果你用过其他语言，比如Rust、Scala、Haskell，甚至Python（Python 3.10 引入了 match 语句），那么你对Pattern Matching肯定不会陌生。

在JavaScript里，目前的Pattern Matching提案，主要解决了以下几个痛点：

• 嵌套过深的条件判断： if...else if...else 嵌套太多，代码可读性直线下降。
• 复杂对象的解构： 从深层嵌套的对象中提取数据，代码繁琐易出错。
• 类型判断的困扰： JavaScript是弱类型语言，类型判断经常让人头大。

Pattern Matching的目标就是用一种更优雅、更声明式的方式来解决这些问题。

Pattern Matching的语法概览

目前提案中的Pattern Matching语法，主要围绕着 match 表达式展开。基本结构如下：

match (expression) {
  pattern1 => expression1,
  pattern2 => expression2,
  pattern3 => expression3,
  ...
  default => defaultExpression, // 可选
}

• expression：要匹配的表达式，可以是任何JavaScript表达式。
• pattern1, pattern2, pattern3…：各种模式，用来匹配 expression 的值。
• expression1, expression2, expression3…：与模式对应的表达式，当模式匹配成功时，会执行相应的表达式。
• default：可选的默认模式，当所有模式都不匹配时，会执行默认表达式。

是不是有点像 switch...case？但Pattern Matching比switch...case强大太多了！

各种模式大赏

Pattern Matching 的核心在于各种各样的模式。下面我们来逐一介绍。

1. 字面量模式 (Literal Patterns)

这是最简单的模式，直接匹配字面量值。

function describeNumber(num) {
  return match (num) {
    1 => "One",
    2 => "Two",
    3 => "Three",
    default => "Other number",
  };
}

console.log(describeNumber(1));   // 输出: "One"
console.log(describeNumber(5));   // 输出: "Other number"

2. 变量模式 (Variable Patterns)

变量模式可以匹配任何值，并将该值绑定到一个变量。这个变量可以在匹配成功后的表达式中使用。

function greet(name) {
  return match (name) {
    someName => `Hello, ${someName}!`,
  };
}

console.log(greet("Alice")); // 输出: "Hello, Alice!"

注意，someName 只是一个变量名，你可以随便起。

3. 别名模式 (Alias Patterns)

别名模式允许你同时匹配一个值，并将其绑定到一个变量。 语法是 pattern as variableName。

function processResult(result) {
    return match (result) {
        "success" as successResult => `Operation succeeded: ${successResult}`,
        "failure" as failureResult => `Operation failed: ${failureResult}`,
        default => "Unknown result",
    };
}

console.log(processResult("success")); // 输出: Operation succeeded: success
console.log(processResult("failure")); // 输出: Operation failed: failure

4. 通配符模式 (Wildcard Patterns)

通配符模式用 _ 表示，可以匹配任何值，但不绑定到任何变量。通常用在 default 分支或者你不在乎具体值的场景。

function handleValue(value) {
  return match (value) {
    1 => "Value is one",
    2 => "Value is two",
    _ => "Value is something else",
  };
}

console.log(handleValue(3)); // 输出: "Value is something else"

5. 对象模式 (Object Patterns)

对象模式允许你根据对象的属性和值进行匹配。

function describePerson(person) {
  return match (person) {
    { name: "Alice", age: 30 } => "Alice is 30 years old",
    { name: someName, age: someAge } => `${someName} is ${someAge} years old`,
    { name: someName } => `${someName}'s age is unknown`,
    {} => "Empty person object",
    _ => "Invalid person object",
  };
}

const alice = { name: "Alice", age: 30 };
const bob = { name: "Bob", age: 25 };
const charlie = { name: "Charlie" };
const empty = {};
const invalid = "not an object";

console.log(describePerson(alice));    // 输出: "Alice is 30 years old"
console.log(describePerson(bob));      // 输出: "Bob is 25 years old"
console.log(describePerson(charlie));  // 输出: "Charlie's age is unknown"
console.log(describePerson(empty));    // 输出: "Empty person object"
console.log(describePerson(invalid));  // 输出: "Invalid person object"

对象模式还可以嵌套，匹配深层嵌套的对象属性。

function processOrder(order) {
  return match (order) {
    { customer: { name: "Alice", address: { city: "New York" } }, items: [] } => "Alice from New York ordered nothing",
    { customer: { name: customerName, address: { city: customerCity } }, items: itemsList } =>
      `${customerName} from ${customerCity} ordered ${itemsList.length} items`,
    _ => "Invalid order",
  };
}

const order1 = { customer: { name: "Alice", address: { city: "New York" } }, items: [] };
const order2 = { customer: { name: "Bob", address: { city: "London" } }, items: ["book", "pen"] };

console.log(processOrder(order1)); // 输出: "Alice from New York ordered nothing"
console.log(processOrder(order2)); // 输出: "Bob from London ordered 2 items"

6. 数组模式 (Array Patterns)

数组模式允许你根据数组的元素和长度进行匹配。

function processArray(arr) {
  return match (arr) {
    [] => "Empty array",
    [first] => `Array with one element: ${first}`,
    [first, second] => `Array with two elements: ${first}, ${second}`,
    [first, ...rest] => `Array with first element: ${first}, rest: ${rest}`,
    _ => "Other array",
  };
}

console.log(processArray([]));           // 输出: "Empty array"
console.log(processArray([1]));          // 输出: "Array with one element: 1"
console.log(processArray([1, 2]));       // 输出: "Array with two elements: 1, 2"
console.log(processArray([1, 2, 3]));    // 输出: "Array with first element: 1, rest: 2,3"

...rest 语法可以匹配数组的剩余部分。

7. 类模式 (Class Patterns)

类模式允许你根据对象的类类型进行匹配。

class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
}

class ColorPoint extends Point {
  constructor(x, y, color) {
    super(x, y);
    this.color = color;
  }
}

function describePoint(point) {
  return match (point) {
    Point { x: 0, y: 0 } => "Origin",
    ColorPoint { x: someX, y: someY, color: someColor } => `ColorPoint at (${someX}, ${someY}) with color ${someColor}`,
    Point { x: someX, y: someY } => `Point at (${someX}, ${someY})`,
    _ => "Not a point",
  };
}

const origin = new Point(0, 0);
const coloredPoint = new ColorPoint(1, 2, "red");
const regularPoint = new Point(3, 4);
const notAPoint = { x: 5, y: 6 };

console.log(describePoint(origin));        // 输出: "Origin"
console.log(describePoint(coloredPoint));  // 输出: "ColorPoint at (1, 2) with color red"
console.log(describePoint(regularPoint));   // 输出: "Point at (3, 4)"
console.log(describePoint(notAPoint));     // 输出: "Not a point"

8. 守卫 (Guards)

守卫允许你添加额外的条件来限制模式的匹配。守卫是一个 boolean 表达式，只有当模式匹配成功且守卫表达式为真时，才会执行相应的表达式。

守卫使用 if 关键字。

function checkNumber(num) {
  return match (num) {
    x if x > 0 && x < 10 => "Small positive number",
    x if x >= 10 && x < 100 => "Medium positive number",
    x if x < 0 => "Negative number",
    _ => "Other number",
  };
}

console.log(checkNumber(5));   // 输出: "Small positive number"
console.log(checkNumber(50));  // 输出: "Medium positive number"
console.log(checkNumber(-5));  // 输出: "Negative number"
console.log(checkNumber(150)); // 输出: "Other number"

Pattern Matching 的实际应用

Pattern Matching 可以应用在各种场景，比如：

• 数据校验： 验证输入数据的格式和内容。
• 状态管理： 根据不同的状态执行不同的操作。
• 事件处理： 根据不同的事件类型执行不同的处理逻辑。
• 编译器和解释器： 解析和处理语法结构。

下面我们来看几个更具体的例子。

例子 1：处理 API 响应

假设我们有一个 API 接口，返回的数据格式如下：

{
  "status": "success",
  "data": {
    "user": {
      "name": "Alice",
      "age": 30
    }
  }
}

// 或者

{
  "status": "error",
  "message": "User not found"
}

使用 Pattern Matching 可以很方便地处理不同的响应状态。

function handleApiResponse(response) {
  return match (response) {
    { status: "success", data: { user: { name: userName, age: userAge } } } =>
      `User ${userName} is ${userAge} years old`,
    { status: "error", message: errorMessage } => `Error: ${errorMessage}`,
    _ => "Invalid response",
  };
}

const successResponse = {
  status: "success",
  data: {
    user: {
      name: "Alice",
      age: 30,
    },
  },
};

const errorResponse = {
  status: "error",
  message: "User not found",
};

console.log(handleApiResponse(successResponse)); // 输出: "User Alice is 30 years old"
console.log(handleApiResponse(errorResponse));   // 输出: "Error: User not found"

例子 2：解析表达式

假设我们要解析一个简单的算术表达式，比如 1 + 2 * 3。我们可以定义一个表达式的抽象语法树（AST）：

// AST节点定义
class NumberNode {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }
}

class AddNode {
  constructor(left, right) {
    this.left = left;
    this.right = right;
  }
}

class MultiplyNode {
  constructor(left, right) {
    this.left = left;
    this.right = right;
  }
}

然后使用 Pattern Matching 来计算表达式的值：

function evaluate(node) {
  return match (node) {
    NumberNode { value: num } => num,
    AddNode { left: leftNode, right: rightNode } => evaluate(leftNode) + evaluate(rightNode),
    MultiplyNode { left: leftNode, right: rightNode } => evaluate(leftNode) * evaluate(rightNode),
    _ => { throw new Error("Invalid expression"); },
  };
}

// 构建 AST: 1 + 2 * 3
const expression = new AddNode(
  new NumberNode(1),
  new MultiplyNode(new NumberNode(2), new NumberNode(3))
);

console.log(evaluate(expression)); // 输出: 7

表格总结：各种模式的语法和用法

模式类型	语法	描述	示例
字面量模式	literal	匹配字面量值，如字符串、数字、布尔值等。	1, "hello", true
变量模式	variableName	匹配任何值，并将该值绑定到变量 variableName。	x, name, value
别名模式	pattern as variableName	同时匹配一个模式，并将其绑定到变量 variableName。	"success" as successResult
通配符模式	_	匹配任何值，但不绑定到任何变量。	_
对象模式	{ property1: pattern1, ... }	匹配对象，并根据对象的属性和值进行匹配。	{ name: "Alice", age: ageValue }
数组模式	[pattern1, pattern2, ...]	匹配数组，并根据数组的元素和长度进行匹配。	[1, 2, 3], [first, ...rest]
类模式	ClassName { property1: pattern1, ... }	匹配类的实例，并根据对象的属性和值进行匹配。	Point { x: 0, y: 0 }
守卫	pattern if condition	添加额外的条件来限制模式的匹配。condition 是一个 boolean 表达式。只有当模式匹配成功且 condition 为真时，才会执行相应的表达式。	x if x > 0

Pattern Matching 的优势

• 代码简洁： 相比于 if...else if...else 和 switch...case，Pattern Matching 可以更简洁地表达复杂的条件逻辑。
• 可读性强： Pattern Matching 采用声明式的语法，更容易理解代码的意图。
• 类型安全： Pattern Matching 可以根据数据的类型和结构进行匹配，减少类型错误。
• 代码重用： Pattern Matching 可以将匹配逻辑封装成独立的函数，方便代码重用。

Pattern Matching 的挑战

• 学习成本： 开发者需要学习新的语法和概念。
• 性能影响： Pattern Matching 的实现可能会带来一定的性能开销（但优秀的引擎优化后应该不会是问题）。
• 提案的不确定性： Pattern Matching 提案还在演进中，最终的语法和功能可能会有所变化。

总结

Pattern Matching 是一种强大的工具，可以提高 JavaScript 代码的简洁性、可读性和类型安全性。虽然目前这还只是个提案，但它代表了 JavaScript 的未来发展方向。

希望今天的讲座能帮助大家了解 Pattern Matching 的基本概念和用法。 让我们一起期待 Pattern Matching 早日进入 JavaScript 的正式标准，让我们的代码更加优雅、更加有趣！

感谢各位的观看，咱们下期再见！