【一分钟快学】深入 Python 3 基础：掌握 match 语句，让代码匹配不再复杂

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2024年03月12日 20:07 · 阅读数 7

Python 3.10 引入的匹配模式（match语句），实质上是一种结构化的方式来对数据进行分支处理，这比传统的if-elif-else结构在处理复杂数据模式时更加直观和灵活。这种新的语法借鉴了其他编程语言（如Scala、Elixir、Rust等）中的模式匹配功能，使得对数据结构的匹配和解构变得异常简单。

主要特点

模式匹配：能够匹配基本数据类型、序列、映射、类实例等多种类型。
解构：自动解构（unpack）数据结构。
守卫：为匹配分支提供额外的条件判断。
下划线：作为“万能匹配符”，可以匹配任何值。

基本语法

匹配语句的基本形式是：

match subject:
    case pattern1:
        action1
    case pattern2:
        action2
    ...
    case _:
        default_action

其中，subject是要匹配的对象，pattern是匹配模式，action是当模式匹配成功时执行的代码。

使用示例

考虑一个场景，我们需要根据不同的交通工具类型打印出相应的速度。传统的做法可能需要使用一系列的if-elif-else语句，但是使用match语句可以更直观地实现：

def get_speed(vehicle):
    match vehicle:
        case "自行车":
            return "慢"
        case "汽车":
            return "中等"
        case "飞机":
            return "快"
        case _:
            return "未知"

print(get_speed("飞机"))  # 输出：快

深入理解`match`语句

match语句通过引入模式匹配的概念，不仅仅是一个简单的语法糖，它实际上引导我们以更声明式的方式去思考和处理数据。这种方式特别适合于数据结构较为复杂或数据种类繁多的场景。

高级模式匹配

字面量模式：直接匹配值，例如case 42:匹配数字42。
变量模式：匹配任何值，并将该值绑定到一个变量，例如case x:将匹配的对象绑定到变量x。
序列模式：匹配序列（如列表或元组），并可以解构序列中的元素，例如case [x, y, z]:可以匹配一个包含三个元素的列表，并分别将这些元素绑定到变量x、y、z。
映射模式：匹配字典结构，并可以提取特定的键值对，例如case {"name": name, "age": age}:可以匹配一个包含"name"和"age"键的字典，并将对应的值绑定到变量name和age。
类模式：匹配特定类的实例，并可以解构其属性，例如case Point(x, y):可以匹配一个Point类的实例，并提取x和y属性。
守卫：通过if语句为模式添加额外的条件，例如case Point(x, y) if x == y:仅匹配x和y属性相等的Point实例。

示例：使用高级模式匹配

假设我们有一个描述几何形状的数据结构，我们想根据形状类型和属性来执行不同的操作：

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

class Rectangle:
    def __init__(self, length, width):
        self.length = length
        self.width = width

def shape_area(shape):
    match shape:
        case Circle(radius=r):
            return 3.14 * r ** 2
        case Rectangle(length=l, width=w):
            return l * w
        case _:
            return "Unknown shape"

circle = Circle(5)
print(shape_area(circle))  # 输出圆的面积

rectangle = Rectangle(10, 5)
print(shape_area(rectangle))  # 输出矩形的面积

注意事项

模式穷尽性：确保覆盖所有可能的情况，或者使用下划线_作为默认情况以避免遗漏。
不可变数据匹配：优先使用不可变数据类型（如元组、不可变集合等）进行模式匹配。
性能考虑：虽然match语句提供了语法上的便利，但在某些情况下可能不如传统的if-elif-else结构高效，特别是在匹配简单值时。
复杂模式匹配：对于复杂的数据结构，match语句允许进行深层次的匹配和解构，但这可能会导致代码的可读性降低。合理使用，避免过度复杂的匹配模式。

结论

match语句为Python引入了强大的模式匹配能力，可以大大简化对复杂数据结构的处理逻辑。然而，像引入任何新特性一样，理解其适用场景和潜在的限制是非常重要的。在实践中，合理利用match语句可以使代码更加清晰和高效。