Python 高级教程之结构化模式匹配

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到 2020 年，Python 的创建者 Guido van Rossum 提交了第一个显示新匹配语句的文档，这些语句被命名为结构模式匹配，见 PEP 634。

让我们来看看这个新逻辑是如何工作的。

结构化模式匹配

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模式匹配在 match 之后接受一个值，并允许我们写出几个潜在的案例，每个案例都由case 定义。 在匹配案例之间找到匹配的地方，我们将执行相应的代码。

语法和操作

模式匹配的通用语法是：

match subject:

case <pattern_1>:

<action_1>

case <pattern_2>:

<action_2>

case <pattern_3>:

<action_3>

case _:

<action_wildcard>

match 语句接受一个表达式并将其值与作为一个或多个 case 块给出的连续模式进行比较。具体来说，模式匹配通过以下方式进行操作：

1. 使用具有类型和形状的数据 (the subject)

2. 评估语句subject中的match

3. case从上到下将主题与语句中的每个模式进行比较，直到确认匹配。

4. 执行与已确认匹配的模式相关联的动作

5. 如果未确认完全匹配，则最后一种情况，即通配符_（如果提供）将用作匹配情况。如果未确认完全匹配且不存在通配符大小写，则整个匹配块为空操作。

声明式方法

读者可能会通过使用 C、Java 或 JavaScript（以及许多其他语言）中的 switch 语句将主题（数据对象）与文字（模式）进行匹配的简单示例来了解模式匹配。switch 语句通常用于将对象/表达式与包含文字的 case 语句进行比较。

更强大的模式匹配示例可以在 Scala 和 Elixir 等语言中找到。对于结构模式匹配，该方法是“声明性的”，并明确说明数据匹配的条件（模式）。

虽然使用嵌套“if”语句的“命令式”指令系列可用于完成类似于结构模式匹配的事情，但它不如“声明式”方法清晰。相反，“声明性”方法说明了匹配的条件，并且通过其显式模式更具可读性。虽然结构模式匹配可以以最简单的形式使用，将变量与 case 语句中的文字进行比较，但它对 Python 的真正价值在于它对主题类型和形状的处理。

简单模式：匹配文字

让我们把这个例子看成最简单形式的模式匹配：一个值，即主题，被匹配到几个字面量，即模式。在下面的示例中，status是 match 语句的主题。模式是每个 case 语句，其中文字表示请求状态代码。匹配后执行与案例相关的操作：

例如：

http_code = “418”

match http_code:

case “200”:

print(“OK”)

do_something_good()

case “404”:

print(“Not Found”)

do_something_bad()

case “418”:

print(“yyds”)

make_coffee()

case _:

print(“Code not found”)

在这里，我们根据在 http_code 中找到的值检查多个条件并执行不同的操作。

很明显我们也可以使用一大块 if-elif-else 语句构建相同的逻辑：

http_code = “418”

if http_code == “418”:

print(“OK”)

elif http_code == “404”:

print(“Not Found”)

elif http_code == “418”

print(“yyds”)

else:

print(“Code not found”)

如果传给上述函数的 status 为 418，则会返回 “yyds”。 如果传给上述函数的 status 为 500，则带有 _ 的 case 语句将作为通配符匹配，并会返回 "Code not found"。 请注意最后一个代码块：变量名 _ 将作为 通配符 并确保目标将总是被匹配。 _ 的使用是可选的。

通过使用 match-case 语句，我们删除了重复的 http_code == ，这在测试许多不同的条件时看起来更清晰。

你可以使用 | （“ or ”）在一个模式中组合几个字面值:

case 401 | 403 | 404:

return “Not allowed”

无通配符的行为

如果我们修改上面的例子，去掉最后一个 case 块，这个例子就变成:

def http_error(status):

match status:

case 400:

return “Bad request”

case 404:

return “Not found”

case 418:

return “yyds”

如果不在 case 语句中使用 _，可能会出现不存在匹配的情况。如果不存在匹配，则行为是一个 no-op。例如，如果传入了值为 500 的 status ，就会发生 no-op。

带有字面值和变量的模式

模式可以看起来像解包形式，而且模式可以用来绑定变量。在这个例子中，一个数据点可以被解包为它的 x 坐标和 y 坐标:

point 是一个 (x, y) 元组

match point:

case (0, 0):

print(“Origin”)

case (0, y):

print(f"Y={y}")

case (x, 0):

print(f"X={x}")

case (x, y):

print(f"X={x}, Y={y}")

case _:

raise ValueError(“Not a point”)

第一个模式有两个字面值 (0, 0) ，可以看作是上面所示字面值模式的扩展。接下来的两个模式结合了一个字面值和一个变量，而变量 绑定 了一个来自主词的值（point）。 第四种模式捕获了两个值，这使得它在概念上类似于解包赋值 (x, y) = point 。

模式和类

如果你使用类来结构化你的数据，你可以使用类的名字，后面跟一个类似构造函数的参数列表，作为一种模式。这种模式可以将类的属性捕捉到变量中:

class Point:

x: int

y: int

def location(point):

match point:

case Point(x=0, y=0):

print(“Origin is the point’s location.”)

case Point(x=0, y=y):

print(f"Y={y} and the point is on the y-axis.")

case Point(x=x, y=0):

print(f"X={x} and the point is on the x-axis.")

case Point():

print(“The point is located somewhere else on the plane.”)

case _:

print(“Not a point”)

带有位置参数的模式

你可以在某些为其属性提供了排序的内置类（例如 dataclass）中使用位置参数。 你也可以通过在你的类中设置 match_args 特殊属性来为模式中的属性定义一个专门的位置。 如果它被设为 (“x”, “y”)，则以下模式均为等价的（并且都是将 y 属性绑定到 var 变量）:

Point(1, var)

Point(1, y=var)

Point(x=1, y=var)

Point(y=var, x=1)

嵌套模式

模式可以任意地嵌套。 例如，如果我们的数据是由点组成的短列表，则它可以这样被匹配:

match points:

case []:

print(“列表中没有points。”)

case [Point(0, 0)]:

print(“原点是列表中的唯一点。”)

case [Point(x, y)]:

print(f"单点 {x}, {y} 在列表中。")

case [Point(0, y1), Point(0, y2)]:

print(f"Y 轴上的两个点 {y1}, {y2} 在列表中。")

case _:

print(“列表中还有其他内容。”)

最后

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