如何使用模式比對和is和as運算元安全地轉換

2025-06-17

因為物件具有多型的特性，所以基類型別的變數可以存取衍生類型。若要存取衍生型別的實例成員，必須將值轉換回衍生型別。不過，類型轉換會帶來拋出InvalidCastException異常的風險。 C# 提供模式匹配語句，只有在轉換成功時才會有條件地執行轉換。 C# 也提供 is 和 as 運算子，以測試值是否為特定類型。

下列範例示範如何使用模式比對 is 語句：

var g = new Giraffe();
var a = new Animal();
FeedMammals(g);
FeedMammals(a);
// Output:
// Eating.
// Animal is not a Mammal

SuperNova sn = new SuperNova();
TestForMammals(g);
TestForMammals(sn);
// Output:
// I am an animal.
// SuperNova is not a Mammal

static void FeedMammals(Animal a)
{
    if (a is Mammal m)
    {
        m.Eat();
    }
    else
    {
        // variable 'm' is not in scope here, and can't be used.
        Console.WriteLine($"{a.GetType().Name} is not a Mammal");
    }
}

static void TestForMammals(object o)
{
    // You also can use the as operator and test for null
    // before referencing the variable.
    var m = o as Mammal;
    if (m != null)
    {
        Console.WriteLine(m.ToString());
    }
    else
    {
        Console.WriteLine($"{o.GetType().Name} is not a Mammal");
    }
}

class Animal
{
    public void Eat() { Console.WriteLine("Eating."); }
    public override string ToString()
    {
        return "I am an animal.";
    }
}
class Mammal : Animal { }
class Giraffe : Mammal { }

class SuperNova { }

上述範例示範模式比對語法的一些功能。語句 if (a is Mammal m) 會結合測試與初始化指派。只有在測試成功時，才會發生指派。變數 m 只位於已指派的內嵌 if 語句中。您稍後無法在相同方法中存取 m 。上述範例也會示範如何使用 as 運算符，將對象轉換成指定的型別。

您也可以使用相同的語法來測試可為 Null 的實值類型是否有值，如下列範例所示：

int i = 5;
PatternMatchingNullable(i);

int? j = null;
PatternMatchingNullable(j);

double d = 9.78654;
PatternMatchingNullable(d);

PatternMatchingSwitch(i);
PatternMatchingSwitch(j);
PatternMatchingSwitch(d);

static void PatternMatchingNullable(ValueType? val)
{
    if (val is int j) // Nullable types are not allowed in patterns
    {
        Console.WriteLine(j);
    }
    else if (val is null) // If val is a nullable type with no value, this expression is true
    {
        Console.WriteLine("val is a nullable type with the null value");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Could not convert " + val.ToString());
    }
}

static void PatternMatchingSwitch(ValueType? val)
{
    switch (val)
    {
        case int number:
            Console.WriteLine(number);
            break;
        case long number:
            Console.WriteLine(number);
            break;
        case decimal number:
            Console.WriteLine(number);
            break;
        case float number:
            Console.WriteLine(number);
            break;
        case double number:
            Console.WriteLine(number);
            break;
        case null:
            Console.WriteLine("val is a nullable type with the null value");
            break;
        default:
            Console.WriteLine("Could not convert " + val.ToString());
            break;
    }
}

上述範例示範模式比對的其他功能，以搭配轉換使用。您可以透過特別檢查變數是否等於null值，來測試是否符合 Null 模式。當變數的執行時間值是 null時， is 檢查型別的語句一律會傳 false回。模式比對 is 語句不允許可為 Null 的值型別，例如 int? 或 Nullable<int>，但您可以測試任何其他值型別。 is上述範例中的模式不限於可為 Null 的實值型別。您也可以使用這些模式來測試參考型別的變數是否有值或值為 null。

上述範例也會示範如何在語句中使用 switch 類型模式，其中變數可能是許多不同類型之一。

如果您想要測試變數是否為指定的類型，但未將它指派給新的變數，您可以使用 is 和 as 運算符作為參考型別和可為 Null 的實值型別。下列程式代碼示範如何在引進模式比對之前使用 is 屬於 C# 語言的和 as 語句，以測試變數是否為指定類型：

// Use the is operator to verify the type.
// before performing a cast.
Giraffe g = new();
UseIsOperator(g);

// Use the as operator and test for null
// before referencing the variable.
UseAsOperator(g);

// Use pattern matching to test for null
// before referencing the variable
UsePatternMatchingIs(g);

// Use the as operator to test
// an incompatible type.
SuperNova sn = new();
UseAsOperator(sn);

// Use the as operator with a value type.
// Note the implicit conversion to int? in
// the method body.
int i = 5;
UseAsWithNullable(i);

double d = 9.78654;
UseAsWithNullable(d);

static void UseIsOperator(Animal a)
{
    if (a is Mammal)
    {
        Mammal m = (Mammal)a;
        m.Eat();
    }
}

static void UsePatternMatchingIs(Animal a)
{
    if (a is Mammal m)
    {
        m.Eat();
    }
}

static void UseAsOperator(object o)
{
    Mammal? m = o as Mammal;
    if (m is not null)
    {
        Console.WriteLine(m.ToString());
    }
    else
    {
        Console.WriteLine($"{o.GetType().Name} is not a Mammal");
    }
}

static void UseAsWithNullable(System.ValueType val)
{
    int? j = val as int?;
    if (j is not null)
    {
        Console.WriteLine(j);
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Could not convert " + val.ToString());
    }
}
class Animal
{
    public void Eat() => Console.WriteLine("Eating.");
    public override string ToString() => "I am an animal.";
}
class Mammal : Animal { }
class Giraffe : Mammal { }

class SuperNova { }

如您所見，藉由比較此程式代碼與模式比對程序代碼，模式比對語法可在單一語句中結合測試和指派，提供更強固的功能。盡可能使用模式比對語法。

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