패턴 매칭

2/19/2025
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패턴 매칭(Pattern Matching)은 C#에서 데이터의 구조를 검사하고 특정 패턴과 비교하여 작업을 수행하는 기능입니다. 이는 코드의 가독성과 유지보수성을 높이고, 보다 선언적인 스타일로 프로그래밍할 수 있도록 돕습니다. C# 7.0에서 처음 도입되었으며, 이후 버전에서 더욱 강력한 기능들이 추가되었습니다.

패턴 매칭 개요

패턴 매칭은 is 연산자를 확장하여 특정 데이터의 구조를 검사하는 데 사용됩니다. 이를 통해 데이터 형식을 확인하고, 특정 조건에 따라 분기할 수 있습니다.

다음은 기본적인 패턴 매칭 예제입니다.

> object obj = 123;
> if (obj is int number)
. {
.     Console.WriteLine($"정수: {number}");
. }
정수: 123

위 코드는 obj가 int 형식이면 number 변수에 값을 할당하고 출력합니다.

패턴 매칭을 `if` 문으로 표현하기

패턴 매칭(pattern matching)을 이용하면 개발자가 패턴과 값이 일치하는지 테스트하고, 일치하면 새로운 변수에 대입하여 사용할 수 있습니다.

다음 예제에서 사용되는 핵심 코드와 의미는 다음과 같습니다.

코드: if (shape is Rectangle r)
의미: 만약, shape 변수의 값이 Rectangle 클래스와 패턴이 맞는다면 Rectangle 형식의 변수 r에 저장

코드: PatternMatchingIf.cs

using System;

namespace PatternMatchingIf
{
    class Shape { }

    class Rectangle : Shape
    {
        public string Name { get; set; } = "사각형";
    }

    class PatternMatchingIf
    {
        static void Main() => ShowShape(new Rectangle());

        static void ShowShape(Shape shape)
        {
            // [1] if 구문을 사용한 패턴 매칭
            if (shape is Rectangle r)
            {
                Console.WriteLine(r.Name);
            }
        }
    }
}

사각형

`switch` 표현식과 패턴 매칭

C# 8.0부터 switch 문법이 개선되어 패턴 매칭과 함께 더욱 강력한 기능을 제공합니다. 아래 예제에서는 switch 문을 활용한 패턴 매칭의 사용법을 보여줍니다.

`switch` 문을 사용한 패턴 매칭

다음 코드는 다양한 도형 클래스를 대상으로 switch 문과 패턴 매칭을 활용하여 올바른 정보를 출력하는 예제입니다.

코드: PatternMatchingWithSwitch.cs

using System;
using static System.Console;

class Circle
{
    public int Radius { get; set; } = 10;
}

class Rectangle
{
    public int Length { get; set; }
    public int Height { get; set; }
}

class PatternMatchingWithSwitch
{
    static void Main()
    {
        PrintShape(new Circle()); // 원
        PrintShape(new Rectangle { Length = 20, Height = 10 }); // 직사각형
        PrintShape(new Rectangle { Length = 10, Height = 10 }); // 정사각형
    }

    static void PrintShape(object shape)
    {
        switch (shape)
        {
            case Rectangle s when (s.Length == s.Height):
                WriteLine($"정사각형: {s.Length} x {s.Height}");
                break;
            case Rectangle r:
                WriteLine($"직사각형: {r.Length} x {r.Height}");
                break;
            case Circle c:
                WriteLine($"원: 반지름({c.Radius})");
                break;
            case null:
                throw new ArgumentNullException(nameof(shape));
            default:
                WriteLine("<기타 도형>");
                break;
        }
    }
}

원: 반지름(10)
직사각형: 20 x 10
정사각형: 10 x 10

위 코드에서는 switch 문을 사용하여 개체의 형식을 검사하고, when 절을 활용하여 추가적인 조건을 지정할 수 있습니다.

`switch` 표현식 사용

C# 8.0에서는 switch 문을 보다 간결하게 사용할 수 있도록 switch 표현식을 도입하였습니다. 아래 예제는 다양한 형식의 입력값을 검사하고, switch 표현식을 활용하여 해당 형식에 맞는 설명을 출력하는 프로그램입니다.

코드: SwitchExpressionDemo.cs

using System;

class SwitchExpressionDemo
{
    static void Main()
    {
        object[] testValues = { 42, 3.14, "Hello", true, null };

        foreach (var obj in testValues)
        {
            string result = GetTypeDescription(obj);
            Console.WriteLine(result);
        }
    }

    static string GetTypeDescription(object obj) => obj switch
    {
        int i => $"정수 {i}",
        double d => $"실수 {d}",
        string s => $"문자열 \"{s}\"",
        bool b => $"불리언 {b}",
        null => "널 값",
        _ => "알 수 없는 형식"
    };
}

정수 42
실수 3.14
문자열 "Hello"
불리언 True
널 값

이처럼 switch 표현식은 코드의 가독성을 높이고 보다 간결한 형태로 패턴 매칭을 활용할 수 있도록 도와줍니다.

튜플 패턴 (Tuple Pattern)

C#에서는 switch 표현식과 튜플을 조합하여 여러 조건을 효과적으로 처리할 수 있습니다. 아래 예제는 특정 좌표 값을 튜플로 표현하고, switch 표현식을 사용하여 위치를 판별하는 프로그램입니다.

코드: TuplePatternDemo.cs

using System;

class TuplePatternDemo
{
    static void Main()
    {
        (int, int) point = (0, 5);
        string position = point switch
        {
            (0, 0) => "원점",
            (0, _) => "Y축 위",
            (_, 0) => "X축 위",
            _ => "일반 위치"
        };

        Console.WriteLine($"({point.Item1}, {point.Item2}) -> {position}");
    }
}

(0, 5) -> Y축 위

이처럼 튜플 패턴을 활용하면 여러 값을 조합하여 switch 표현식에서 직관적으로 패턴 매칭을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 코드의 가독성이 높아지고, 복잡한 조건문을 간결하게 표현할 수 있습니다.

리스트 패턴

C# 11.0부터 리스트 패턴이 도입되어 배열과 컬렉션에 대해 패턴 매칭을 보다 직관적으로 수행할 수 있습니다.

코드: ListPatternDemo.cs

using System;
using System.Linq;

class ListPatternDemo
{
    static void Main()
    {
        int[] numbers = { 1, 2, 3 };

        // 리스트 패턴을 활용한 비교
        if (numbers is [1, 2, 3])
        {
            Console.WriteLine("리스트 패턴: 1, 2, 3 배열과 일치");
        }

        // SequenceEqual을 활용한 비교
        if (numbers.SequenceEqual(new int[] { 1, 2, 3 }))
        {
            Console.WriteLine("SequenceEqual: 1, 2, 3 배열과 일치");
        }
    }
}

리스트 패턴: 1, 2, 3 배열과 일치
SequenceEqual: 1, 2, 3 배열과 일치

리스트 패턴을 사용하면 is [1, 2, 3]과 같이 간결하게 배열을 비교할 수 있으며, SequenceEqual을 사용할 때보다 코드가 더 직관적이고 가독성이 향상됩니다.

레코드 형식과 패턴 매칭

C# 9.0에서 도입된 레코드(Record) 형식은 불변(immutable) 데이터를 다룰 때 유용하며, 패턴 매칭과 함께 사용하면 더욱 직관적인 코드를 작성할 수 있습니다. 아래 예제는 record 형식을 정의하고, switch 표현식을 활용하여 특정 조건에 맞는 설명을 반환하는 프로그램입니다.

코드: RecordPatternDemo.cs

using System;

public record Person(string Name, int Age);

class RecordPatternDemo
{
    static void Main()
    {
        Person person = new("홍길동", 21);

        string description = person switch
        {
            { Name: "홍길동", Age: 21 } => "홍길동은(는) 21세입니다.",
            { Age: > 18 } => "성인입니다.",
            _ => "미성년자입니다."
        };

        Console.WriteLine(description);
    }
}

홍길동은(는) 21세입니다.

이처럼 레코드 형식과 패턴 매칭을 함께 사용하면 개체의 특정 필드를 손쉽게 비교할 수 있습니다. 이를 통해 보다 가독성 높은 코드 작성이 가능하며, 복잡한 조건문을 줄일 수 있습니다.

장 요약

C#의 패턴 매칭은 코드를 더 간결하고 직관적으로 만들 수 있는 강력한 기능입니다. 다양한 패턴을 조합하여 복잡한 조건을 깔끔하게 처리할 수 있으며, 최신 C# 버전에서 점점 더 발전하고 있습니다. 이를 활용하면 보다 선언적이고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있습니다.

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