해설 — 패턴 매칭(is / switch 식)의 내부 동작

난이도: 상

요약

패턴 매칭은 형식 검사·언박싱·값 비교를 하나의 문법으로 결합한다. switch 식은 위에서 아래로 첫 번째로 일치하는 팔(arm) 을 고르며, 형식 패턴은 object 에 대해 형식 검사 + (값 형식이면) 언박싱을 수행한다. 출력:

null
big-int
neg-int
zero
small-int
empty-str
str:5
other
True
False
False

형식 패턴 int: o is int 검사. 성공 시 값 형식은 언박싱되어 정수로 다뤄진다.
상수 패턴 0: 입력이 해당 상수와 같은지(형식 일치 + 동등). object 에 대해 0 은 "박싱된 int 이고 0" 일 때 매칭.
관계 패턴 > 100, < 0: 비교. 단독으로 쓰면 입력 형식이 그 비교와 호환되어야 하며, 보통 형식 패턴과 and 로 결합한다.
논리 패턴 and/or/not: 패턴을 조합. int and > 100 = "int 이면서 100 초과".
속성 패턴 string { Length: 0 }: 형식 검사 후 멤버 값 매칭.
when 가드: 패턴이 표현 못 하는 임의 조건. 패턴 매칭 후 부울식으로 추가 필터.

null → null 팔. null 패턴은 형식 검사 없이 참조 null 을 잡는다(가장 먼저 두는 이유).
200(박싱 int) → int and > 100 매칭 → big-int.
-5 → int and > 100 실패 → int n when n < 0 매칭(언박싱 후 -5 < 0) → neg-int.
0 → >100 아님, when n<0 아님, 상수 패턴 0 매칭 → zero. (상수 패턴이 형식 패턴 int 보다 위에 있어야 small-int 로 새지 않는다.)
50 → 위 셋 모두 실패, 형식 패턴 int 매칭 → small-int.
"" → int 계열 모두 실패, string { Length: 0 } 매칭 → empty-str.
"hello" → 빈 문자열 아님 → string s 매칭, s.Length==5 → str:5.
3.14(박싱 double) → int/string 아무것도 안 걸림 → _ → other.
IsSmallPositive(5) → 5 is int and > 0 and < 10 → True.
IsSmallPositive(50) → int 이고 >0 이지만 < 10 실패 → False.
IsSmallPositive("x") → int 아님 → False.

패턴 순서 의존: switch 식은 첫 일치를 취한다. 더 구체적인(좁은) 패턴을 위에 둬야 한다. 예에서 0 을 int 아래에 두면 small-int 로 잘못 걸린다. 컴파일러는 "앞 팔이 뒤 팔을 완전히 가리면" 도달 불가 경고를 준다.
언박싱 비용: object → 값 형식 형식 패턴은 언박싱(값 복사)을 유발한다. 핫패스에서 다형 디스패치 대신 패턴 매칭 남발 시 박싱/언박싱 비용 주의.
관계 패턴 단독: case > 100: 은 입력 정적 형식이 int 같은 비교 가능한 형식일 때만. object 스위치에선 형식 패턴과 결합(int and > 100)해야 한다.
상수 패턴의 동등성: 문자열·enum·정수 상수는 ==/Equals 의미로 비교. double.NaN 은 상수 패턴 NaN 으로 매칭되지 않으니(부동소수점 == 규칙) double.IsNaN 을 써야 한다.
exhaustiveness: switch 식은 모든 입력을 덮지 못하면 _ 없이 컴파일 경고 + 런타임 미일치 시 SwitchExpressionException. 예제는 _ 로 완전.
when vs 관계 패턴: 가능한 조건은 관계/논리 패턴으로 표현하면 컴파일러가 도달성·완전성 분석을 더 잘한다. when 은 임의 조건용 탈출구.