Ещё один Pattern Matching на C# — теперь с построением контекста

Полтора месяца назад я опубликовал статью ^[1], посвящённую реализации соспоставления с образцом на C#. В комментарии ^[2] к статье gBear ^[3] справедливо отметил отсутствие контекста в кейсах. В первой версии мэтчера я сознательно проигнорировал этот механизм, так как посчитал синтаксические возможности выражений в C# недостаточными для его реализации. Однако, некоторое время спустя я понял, что нужного эффекта можно достичь путём построения Expression вручную. Под катом — реализация полноценного pattern matching.

Изначально при реализации сопоставления с образцом мне хотелось сделать синтаксис case-выражения похожим на следующий:

s => string.IsNullOrEmpty(s) => 0

К сожалению, в C# это является синтаксически неверным: по сути

s => t => s * t

Представляет собой функцию в каррированой форме. Второй идеей для case выражения было использование тернарного оператора вроде следующего:

s => t ? a : b

Которое опять-таки невозможно по причине отсутствия в C# типа Unit (для использования в ветке else). Была идея типом для выражения b сделать Expression<..> и передавать туда следующий case, но этому препятствует требование идентичности типов для выражений a и b.

В какой-то момент я свыкся с мыслью, что реализовать контекстную связанность мне не удастся и пользовался мэтчингом в том виде, в котором он есть.
Однажды в процессе отладки кода, вроде следующего

...
{s => s is string, s => ((string)s).Length}
...

я подумал, что вместо проверки типа is можно проводить преобразование as и проверять результат этого преобразования. Тут меня осенило — ведь это же и будет по сути построением контекста! Не откладывая надолго, я взялся за реализацию.

Во второй версии решено было отказаться совсем от реализации Matcher перебором лямбда-функций и использовать только деревья выражений (как в ExprMatcher). Метод Add пришлось сделать типизированым:

public void Add<TCtx>(Expression<Func<TIn, TCtx>> binder, Expression<Func<TCtx, TOut>> processor)
{
    var bindResult = Expression.Variable(typeof (TCtx), "binded");
    var caseExpr = Expression.Block(
        new []{bindResult},
        Expression.Assign(bindResult, Expression.Invoke(binder, Parameter)),
        Expression.IfThen(
            Expression.NotEqual(Expression.Convert(bindResult, typeof(object)), Expression.Constant(null)),
            Expression.Return(RetPoint, Expression.Invoke(processor, bindResult))
        ));
    _caseExpressionsList.Add(caseExpr);
}

Тип TCtx является «типом контекста» для кейса. В случае, если первое выражение вернуло не null экземпляр TCtx, выполняется второе выражение, причём аргументом для него является результат сопоставления.
Предыдущий синтаксис с предикатами решено было оставить, т.к. он иногда удобнее:

public void Add<TCtx>(Expression<Func<TIn, TCtx>> binder, Expression<Func<TCtx, TOut>> processor)
{
    var bindResult = Expression.Variable(typeof (TCtx), "binded");
    var caseExpr = Expression.Block(
        new []{bindResult},
        Expression.Assign(bindResult, Expression.Invoke(binder, Parameter)),
        Expression.IfThen(
            Expression.NotEqual(Expression.Convert(bindResult, typeof(object)), Expression.Constant(null)),
            Expression.Return(RetPoint, Expression.Invoke(processor, bindResult))
        ));
    _caseExpressionsList.Add(caseExpr);
}

Т.к. выражения для кейсов теперь строятся непостредственно при добавлении, код сборки полного выражения мэтчера существенно упростился:

private Func<TIn, TOut> CompileMatcher()
{
    var finalExpressions = new Expression[]
    {
        Expression.Throw(Expression.Constant(new MatchException("Provided value was not matched with any case"))),
        Expression.Label(RetPoint, Expression.Default(typeof(TOut)))
    };

    var matcherExpression = Expression.Block(_caseExpressionsList.Concat(finalExpressions));
    return Expression.Lambda<Func<TIn, TOut>>(matcherExpression, Parameter).Compile();
}

Приведу небольшой пример функции, возвращающей значение аргумента, в случае если его тип — string или StringBuilder и строку «Unknown object» — в ином случае:

var match = new Matcher<object, string>
{
    {s => s as string, s => s},
    {sb => sb as StringBuilder, sb => sb.ToString()},
    {o => true, (bool _) => "Unknown object"}
}.ToFunc();

В дальнейших планах — добавить в пакет набор готовых дискриминаторов для часто встречающихся кейсов.
На этом, пожалуй, всё. На всякий случай приведу ссылки на проект и nuget-пакет мэтчера:
Проект на bitbucket ^[4]
Nuget пакет ^[5]

Как и в прошлый раз, буду рад замечаниям/предложениям в комментариях.
Спасибо за внимание!

Автор: danslapman

Источник ^[6]