[Из песочницы] Ещё один Pattern Matching на C#16.05.2014 01:03

Последнее время в процессе работы с языком C# я стал всё острее и острее нуждаться в механизме сопоставления с образцом, который присутствует во многих современных мультипарадигмальных языках (F#, Scala и т.д.), но отсутвует в C#. Найденые благодаря получасу гугления реализации (Пример) предлагали конструировать match-выражения посредством fluent-интерфейсов, что, на мой взгляд, довольно громоздко синтаксически. Вторым, уже более существенным для реального использования, недостатком является overhead на перебор предикатов в цикле, происходящий «под капотом» в таких мэтчерах. В общем, я задался целью написать собственную реализацию сопоставления с образцом, руководствуюсь двумя основными принципами: Синтаксически приблизится к «нормальным» конструкциям как в F#/Scala Приблизиться по производительности к коду с if/else if/else насколько это возможно За тем, что получилось — прошу под кат

Внешний вид Изначально мне хотелось сделать конструкцию мэтчера похожей на «настоящую», избежав цепочных вызовов методов. Решено было использовать список пар «предикат — функция». Для того, чтобы можно было использовать сокращённый синтаксис инициализации списка, класс Matcher реализует IEnumerable, а также имеет метод Add. Для удобства использования (например, для передачи в Select), в класс был добавлен метод неявного приведения к FuncВот как это выглядит при использовании:

Func match = new Matcher { {s => string.IsNullOrEmpty (s), s => 0}, {s => true, s => s.Length} };

int len1 = match (null); // 0 int len2 = match («abc»); // 3 Реализация Первая реализация, написанная в процессе поиска синтаксиса, была «наивной» и, так же как и найденые, производила поочерёдное выполнение предикатов с передаваемым в Match параметром. Когда код начал удовлетворять по первому пункту (быть внешне не громоздким), я переписал мэтчер с использованием Expression: public class ExprMatcher: IEnumerable>, Expression>>> { private Func _matcher;

private Func Matcher { get { return _matcher? (_matcher = CompileMatcher ()); } } private readonly List>, Expression>>> _caseList = new List>, Expression>>>();

public void Add (Expression> predicate, Expression> function) { _caseList.Add (new Pair>, Expression>>(predicate, function)); }

private Func CompileMatcher () { var reverted = Enumerable.Reverse (_caseList).ToList ();

var arg = Expression.Parameter (typeof (TIn)); var retVal = Expression.Label (typeof (TOut)); var matcher = Expression.Block ( Expression.Throw (Expression.Constant (new MatchException («Provided value was not matched with any case»))), Expression.Label (retVal, Expression.Constant (default (TOut))) ); foreach (var pair in reverted) { retVal = Expression.Label (typeof (TOut)); var condition = Expression.Invoke (pair.First, arg); var action = Expression.Return (retVal, Expression.Invoke (pair.Second, arg));

matcher = Expression.Block ( Expression.IfThenElse (condition, action, Expression.Return (retVal, matcher)), Expression.Label (retVal, Expression.Constant (default (TOut))) ); }

return Expression.Lambda>(matcher, arg).Compile (); }

public TOut Match (TIn value) { return Matcher (value); }

public static implicit operator Func(ExprMatcher matcher) { return matcher.Match; }

public IEnumerator>, Expression>>> GetEnumerator () { return _caseList.GetEnumerator (); }

IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator () { return GetEnumerator (); } } При вызове метода Match () или при приведении к Func создаётся цепочное выражение, выбрасывающее MatchException в случае, если аргумент не удовлетворяет ни одному из предикатов. В результате получаем только оверхед в виде времени компиляции Expression.

Алгебраические типы Другим неудобством использования C# для меня было отсутсвие типов-объединений в нём. Хотелось добавить их, но при этом сделать их использование настолько безопасным (на предмет NPE), насколько это возможно.Для начала было реализовано объединение двух типов: public sealed class Union { public object Value { get; private set; } public T1 Value1 { get; private set; } public T2 Value2 { get; private set; } public Union (T1 value) { Value1 = value; Value = value; } public Union (T2 value) { Value2 = value; Value = value; } public static explicit operator T1(Union value) { return value.Value1; } public static explicit operator T2(Union value) { return value.Value2; } public static implicit operator Union(T1 value) { return new Union(value); } public static implicit operator Union(T2 value) { return new Union(value); } } В зависимости от передаваемого в конструктор параметра, в экземпляре инициализируется либо свойство Value1, либо Value2, при этом также инициализируется Value. Это позволяет сравнивать проверять тип Value в предикате c помощью is, не беспокоясь о том, что значение примет какой-либо иной тип кроме T1 и T2. С помощью шаблонизатора t4 были сгенерированы перегрузки Union до 17 типов.Так-же для упрощения инициализации мэтчеров были написаны наследники Matcher и ExprMatcher: public class ExprMatcher: ExprMatcher> {} Для полноты картины был написан также довольно тривиальный Option.

Надеюсь, что мой мэтчер будет кому-нибудь полезен: Проект на bitbucketNuget пакет

Спасибо за внимание!