Java Switch Expression (Java 14+)

Java 14 引入了 Switch Expression（切換表達式），這是一種更簡潔、更現代化的 switch 語法。與傳統的 switch 敘述不同，Switch Expression 可以回傳值，並且使用箭頭語法 (->) 讓程式碼更清晰。

傳統 switch vs Switch Expression

傳統 switch 敘述

String dayType;
int day = 3;

switch (day) {
    case 1:
    case 2:
    case 3:
    case 4:
    case 5:
        dayType = "工作日";
        break;
    case 6:
    case 7:
        dayType = "假日";
        break;
    default:
        dayType = "未知";
}
System.out.println(dayType);  // 工作日

Switch Expression（箭頭語法）

int day = 3;

String dayType = switch (day) {
    case 1, 2, 3, 4, 5 -> "工作日";
    case 6, 7 -> "假日";
    default -> "未知";
};

System.out.println(dayType);  // 工作日

Switch Expression 的優勢：

• 可以直接回傳值並賦予變數
• 多個 case 可以用逗號合併
• 不需要 break，避免 fall-through 錯誤
• 程式碼更簡潔易讀

箭頭語法 (->)

箭頭語法是 Switch Expression 的核心特色：

int month = 8;

String season = switch (month) {
    case 3, 4, 5 -> "春天";
    case 6, 7, 8 -> "夏天";
    case 9, 10, 11 -> "秋天";
    case 12, 1, 2 -> "冬天";
    default -> "無效月份";
};

System.out.println(season);  // 夏天

多行程式碼區塊與 yield

當 case 需要執行多行程式碼時，使用大括號 {} 包裹，並用 yield 關鍵字回傳值：

int score = 85;

String grade = switch (score / 10) {
    case 10, 9 -> "A";
    case 8 -> {
        System.out.println("成績不錯！");
        yield "B";
    }
    case 7 -> "C";
    case 6 -> "D";
    default -> {
        System.out.println("需要加油！");
        yield "F";
    }
};

System.out.println("等級: " + grade);
// 成績不錯！
// 等級: B

yield 是 Java 14 新增的關鍵字，專門用於 Switch Expression 中回傳值。

冒號語法搭配 yield

Switch Expression 也可以使用傳統的冒號語法 (:)，但需要用 yield 回傳值：

int day = 3;

String dayName = switch (day) {
    case 1:
        yield "星期一";
    case 2:
        yield "星期二";
    case 3:
        yield "星期三";
    case 4:
        yield "星期四";
    case 5:
        yield "星期五";
    case 6:
        yield "星期六";
    case 7:
        yield "星期日";
    default:
        yield "無效";
};

System.out.println(dayName);  // 星期三

注意：使用冒號語法時不能用 break，必須用 yield。

完整性檢查（Exhaustiveness）

Switch Expression 要求必須處理所有可能的值。對於 enum 類型，編譯器會檢查是否涵蓋所有列舉值：

enum Color { RED, GREEN, BLUE }

Color color = Color.GREEN;

String colorName = switch (color) {
    case RED -> "紅色";
    case GREEN -> "綠色";
    case BLUE -> "藍色";
    // 不需要 default，因為已涵蓋所有 enum 值
};

System.out.println(colorName);  // 綠色

對於其他類型（如 int、String），通常需要 default 分支：

int value = 5;

String result = switch (value) {
    case 1 -> "一";
    case 2 -> "二";
    case 3 -> "三";
    default -> "其他";  // 必須有 default
};

搭配 enum 使用

Switch Expression 與 enum 搭配非常好用：

enum Operation { ADD, SUBTRACT, MULTIPLY, DIVIDE }

int calculate(Operation op, int a, int b) {
    return switch (op) {
        case ADD -> a + b;
        case SUBTRACT -> a - b;
        case MULTIPLY -> a * b;
        case DIVIDE -> {
            if (b == 0) {
                throw new ArithmeticException("除數不能為零");
            }
            yield a / b;
        }
    };
}

// 使用
System.out.println(calculate(Operation.ADD, 10, 5));       // 15
System.out.println(calculate(Operation.MULTIPLY, 10, 5));  // 50

回傳不同型別

Switch Expression 的所有分支必須回傳相同或相容的型別：

// 正確：所有分支都回傳 String
String result = switch (value) {
    case 1 -> "一";
    case 2 -> "二";
    default -> "其他";
};

// 正確：int 和 double 相容，結果是 double
double number = switch (type) {
    case "int" -> 100;
    case "double" -> 99.9;
    default -> 0;
};

不回傳值的 Switch Expression

雖然名為 Expression，但也可以不回傳值，單純用於執行程式碼：

int action = 2;

switch (action) {
    case 1 -> System.out.println("新增");
    case 2 -> System.out.println("編輯");
    case 3 -> System.out.println("刪除");
    default -> System.out.println("無效操作");
}
// 編輯

這種用法結合了箭頭語法的簡潔，但不需要賦值給變數。

null 處理 (Java 21+)

Java 21 開始，switch 可以直接處理 null 值：

String str = null;

String result = switch (str) {
    case null -> "空值";
    case "hello" -> "你好";
    case "bye" -> "再見";
    default -> "其他";
};

System.out.println(result);  // 空值

在 Java 21 之前，對 null 進行 switch 會拋出 NullPointerException。

Pattern Matching (Java 21+)

Java 21 正式支援 switch 的 Pattern Matching：

Object obj = "Hello";

String result = switch (obj) {
    case Integer i -> "整數: " + i;
    case String s -> "字串: " + s;
    case Double d -> "浮點數: " + d;
    case null -> "空值";
    default -> "未知類型";
};

System.out.println(result);  // 字串: Hello

搭配 when 條件

Object obj = 25;

String result = switch (obj) {
    case Integer i when i < 0 -> "負數";
    case Integer i when i == 0 -> "零";
    case Integer i when i > 0 -> "正數";
    case String s when s.isEmpty() -> "空字串";
    case String s -> "字串: " + s;
    case null -> "空值";
    default -> "其他";
};

System.out.println(result);  // 正數

Record Pattern (Java 21+)

搭配 Record 類型進行解構：

record Point(int x, int y) {}

Object obj = new Point(10, 20);

String result = switch (obj) {
    case Point(int x, int y) when x == 0 && y == 0 -> "原點";
    case Point(int x, int y) when x == y -> "對角線上";
    case Point(int x, int y) -> "座標: (" + x + ", " + y + ")";
    default -> "不是 Point";
};

System.out.println(result);  // 座標: (10, 20)

實用範例

HTTP 狀態碼處理

int statusCode = 404;

String message = switch (statusCode) {
    case 200 -> "OK";
    case 201 -> "Created";
    case 400 -> "Bad Request";
    case 401 -> "Unauthorized";
    case 403 -> "Forbidden";
    case 404 -> "Not Found";
    case 500 -> "Internal Server Error";
    case 502 -> "Bad Gateway";
    case 503 -> "Service Unavailable";
    default -> "Unknown Status: " + statusCode;
};

System.out.println(message);  // Not Found

計算器

double calculate(double a, String operator, double b) {
    return switch (operator) {
        case "+", "add" -> a + b;
        case "-", "subtract" -> a - b;
        case "*", "multiply" -> a * b;
        case "/", "divide" -> {
            if (b == 0) throw new ArithmeticException("除數不能為零");
            yield a / b;
        }
        case "%", "mod" -> a % b;
        case "^", "power" -> Math.pow(a, b);
        default -> throw new IllegalArgumentException("未知運算子: " + operator);
    };
}

System.out.println(calculate(10, "+", 5));   // 15.0
System.out.println(calculate(2, "^", 10));   // 1024.0

命令解析器

record Command(String action, String[] args) {}

void executeCommand(Command cmd) {
    switch (cmd.action()) {
        case "help" -> {
            System.out.println("可用命令：");
            System.out.println("  help - 顯示說明");
            System.out.println("  list - 列出項目");
            System.out.println("  add <item> - 新增項目");
            System.out.println("  exit - 離開程式");
        }
        case "list" -> System.out.println("目前項目: " + Arrays.toString(cmd.args()));
        case "add" -> {
            if (cmd.args().length > 0) {
                System.out.println("新增: " + cmd.args()[0]);
            } else {
                System.out.println("錯誤：請指定要新增的項目");
            }
        }
        case "exit" -> {
            System.out.println("再見！");
            System.exit(0);
        }
        default -> System.out.println("未知命令: " + cmd.action());
    }
}

版本對照

重點整理

• Switch Expression 是 Java 14 引入的新語法，可以回傳值
• 使用 箭頭語法 (->) 更簡潔，自動避免 fall-through
• 多行程式碼使用 yield 回傳值
• 多個 case 可用逗號合併：case 1, 2, 3 ->
• 必須處理所有可能的值（完整性檢查）
• Java 21+ 支援 Pattern Matching 和 null 處理
• 建議在 Java 14+ 專案中優先使用 Switch Expression