模式匹配

(Matching)

Koka 使用模式匹配（match 表达式）来解构代数数据类型。保留字 match 表示模式匹配——它根据一个值的实际构造分支，将控制权分发到对应的处理分支。

基本语法

match 表达式的形式如下：

match <表达式>
  <模式1> -> <分支1>
  <模式2> -> <分支2>
  ...

match 会依次尝试每个模式，第一个匹配成功的模式对应的分支被执行。每个模式可以是：

构造子模式：匹配某个具体的构造分支（如 Nil、Cons(x, xx)）
变量模式：绑定到一个变量，匹配任意值
通配模式 _：匹配任意值且不绑定
字面量模式：匹配具体的常量值

解构列表

Koka 的 list 类型有两个构造子：Nil（空列表）和 Cons(head, tail)（非空列表，头部是 head，尾部是 tail）。我们可以用 match 来遍历它：

// 遍历列表并打印元素
effect yield<a>
  fun yield(x : a) : ()

pub fun traverse(xs : list<a>) : yield<a> ()
  match xs
    Cons(x, xx) -> { yield(x); traverse(xx) }
    Nil         -> ()
pub fun main()
  with handler
    fun yield(x : int)
      println(x)
  val b = [1,2,3,4]
  traverse(b)

这里 match xs 检查 xs 是 Cons 还是 Nil：

如果是 Cons(x, xx)，则将头部绑定到 x、尾部绑定到 xx，然后先 yield(x) 处理头部，再递归处理尾部 xx
如果是 Nil，则什么都不做，返回 ()

一个标准库的例子：`map`

标准库的 map 函数用 match 实现列表转换：

pub fip fun map(xs : list<a>, ^f : a -> e b) : e list<b>
  match xs
    Cons(x,xx) -> Cons(f(x), xx.map(f))
    Nil        -> Nil

注意 map 的形参的类型签名：^f : a -> e b：^ 表示 f 只是被借用，不需要转移所有权，也无需修改引用计数。f 可以带有任意效应 e，而 map 本身也返回 e list<b>——效应被透明地传递。这是 Koka 效应多态的体现。

Koka 编译器保证 map 的这种递归实现会被优化成常数栈空间——相关的优化（tail recursion modulo cons）虽然早在 1970 年代就已为人所知，但令人惊讶的是很少有语言真正实现它。

替选类型与模式匹配

对于任意用 type 定义的替选类型，match 同样适用。例如 number 类型：

type number
  Infinity
  Integer(i: int)

fun to-int(n : number) : int
  match n
    Infinity   -> 0
    Integer(i) -> i

这里 Integer(i) 模式不仅匹配 Integer 构造子，还把内部的 i 绑定到变量 i，供分支体使用。

模式里的变量绑定与嵌套

模式可以嵌套，且能同时绑定多个变量。例如解构一个二叉树：

type tree
  Leaf(value : int)
  Node(left : tree, value : int, right : tree)

fun tree-size(t : tree) : int
  match t
    Leaf(v)       -> v
    Node(l, v, r) -> v + tree-size(l) + tree-size(r)

Node(l, v, r) 一次性把三个字段分别绑定到 l、v、r。

通配与兜底

如果只关心部分模式，可以用 _ 忽略不关心的部分：

fun is-empty(xs : list<a>) : bool
  match xs
    Nil -> True
    _   -> False

_ 匹配任意值且不绑定变量名。

模式匹配的穷尽性

Koka 编译器会检查 match 表达式是否穷尽了所有可能的构造分支。如果有遗漏，编译器会报错——这保证了你不会忘记处理某个构造子，是代数数据类型模式匹配的一大安全优势。例如，如果上面的 to-int 漏掉了 Infinity 分支，编译器会拒绝该程序，提示模式匹配不穷尽。

为什么模式匹配重要

模式匹配让“解构数据“这件事变得：

安全：编译器检查穷尽性，杜绝漏处理
简洁：一个 match 同时完成“判断构造子 + 绑定内部字段“两件事
可读：数据的形状直接体现在代码结构里
可组合：与递归、效应多态天然配合

Tip

在 Koka 中，match 是处理代数数据类型的主要方式。结合前面讲的alternatives，你可以定义丰富的数据模型，然后用 match 优雅地消费它们。

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