Python 语法精炼14

`match / case` 语句

该用法在 Python3.10+ 加入

match <subject>:
    case <pattern1>:
        <statements1>
    case <pattern2>:
        <statements2>
    case _:
        <default_statements>

match：开始匹配语句。
<subject>：要进行匹配的值（类似 switch 的“输入值”）。
case：每个分支的匹配模式。
_：通配符，表示 “任意匹配”（类似 default）。
匹配成功后只执行第一个符合的 case，不会自动贯穿（即不需要 break）。

基本概念

传统 if-elif 判断是布尔逻辑，而 match/case 是 结构解构 + 匹配。

例如：

match x:
    case 0:
        print("zero")
    case 1:
        print("one")
    case _:
        print("other")

看似是 switch，但实际上 case 模式能“解构”更复杂的数据结构，如：

序列 / 元组 / 字典
带属性类实例
带类型约束
具名元组 / dataclass / 自定义类

匹配类型与模式种类

Python 模式匹配支持多种模式类型：

模式类型	示例	说明
常量模式	`case 1:`	与具体值匹配
通配符模式	`case _:`	匹配任意值
捕获模式	`case x:`	匹配任意值并绑定到变量 x
序列模式	`case [a, b]:`	匹配长度相同的序列并解构
映射模式	`case {"x": x, "y": y}:`	匹配字典并提取键值
类模式	`case Point(x, y):`	匹配类实例并解构字段
守卫模式（条件匹配）	`case pattern if condition:`	匹配后再判断附加条件
OR 模式（联合匹配）	`case 0 \| 1 \| 2:`	任意一个匹配即成功

详细讲解每种模式

常量模式

match command:
    case "start":
        print("Starting...")
    case "stop":
        print("Stopping...")
    case _:
        print("Unknown command")

简单、清晰，相当于 switch-case。

捕获模式

1
2
3

match data:
    case x:
        print(f"Got value: {x}")

这会匹配任意值并绑定到 x。
注意：如果想匹配变量名本身的值，而不是绑定新变量，必须使用 value 前加点号：

value = 42
match x:
    case .value:   # 匹配变量 value 的值，而不是新绑定
        print("Matched 42!")

序列模式

可以匹配解构序列的结构：

match [1, 2, 3]:
    case [1, 2, 3]:
        print("Exact match")
    case [1, 2, _]:
        print("Third can be anything")
    case [1, *rest]:
        print("Starts with 1")

*rest 表示剩余元素（类似可变参数）。

还可以嵌套：

1
2
3

match [1, [2, 3]]:
    case [1, [x, y]]:
        print(x, y)  # 输出 2 3

映射模式

用于匹配字典结构：

match {"x": 1, "y": 2, "z": 3}:
    case {"x": x, "y": y}:
        print(f"x={x}, y={y}")
    case {"z": z}:
        print(f"only z={z}")

还可以使用 **rest 捕获剩余键：

1
2
3

match data:
    case {"id": id, **others}:
        print(f"id={id}, rest={others}")

类模式

可以匹配对象的类型和属性：

class Point:
    def __init__(self, x, y): 
        self.x = x
        self.y = y

p = Point(1, 2)

match p:
    case Point(x=0, y=0):
        print("Origin")
    case Point(x, y):
        print(f"Point({x}, {y})")

可以使用带类型的匹配：

match value:
    case int():
        print("Integer")
    case str():
        print("String")

守卫模式（条件匹配）

在模式后加上 if 条件，进一步限制：

match x:
    case int(n) if n > 0:
        print("Positive int")
    case int(n) if n < 0:
        print("Negative int")
    case _:
        print("Zero or not int")

OR 模式（联合匹配）

可以在一个 case 中匹配多个模式：

match command:
    case "start" | "run" | "go":
        print("Executing start-like command")
    case "stop" | "halt":
        print("Stopping")
    case _:
        print("Unknown")

应用示例

综合示例：抽象语法树匹配

模式匹配非常适合解析树形结构（如语法树）：

def eval_expr(expr):
    match expr:
        case ("num", value):
            return value
        case ("add", left, right):
            return eval_expr(left) + eval_expr(right)
        case ("mul", left, right):
            return eval_expr(left) * eval_expr(right)
        case _:
            raise ValueError("Unknown expression")

tree = ("add", ("num", 2), ("mul", ("num", 3), ("num", 4)))
print(eval_expr(tree))  # 输出 14

进阶示例：定义可匹配类

通过 __match_args__ 控制匹配字段顺序：

class Point:
    __match_args__ = ("x", "y")
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

p = Point(3, 4)

match p:
    case Point(0, 0):
        print("Origin")
    case Point(x, y):
        print(f"Point({x}, {y})")

这会按照 __match_args__ 解构。

match/case vs if/elif

特性	match/case	if/elif
简单相等判断	✅ 可行	✅ 可行
多模式匹配	✅ 方便	❌ 繁琐
解构数据结构	✅ 直接支持	❌ 需要手动索引
条件守卫	✅ 支持	✅ 支持
类型安全性	✅ 更清晰	❌ 依赖手动判断
性能	⚖️ 差别不大	⚖️ 差别不大

使用场景

✅ 适合用的情况：

数据解析（JSON / dict / AST）
命令路由（类似 switch）
协议包解构
事件处理分发
状态机逻辑分支

❌ 不适合的情况：

仅有简单 if 判断；
需要动态逻辑的复杂条件。

注意事项

case _: 必须放在最后，否则会遮蔽后续分支；
捕获变量名会自动绑定新的局部变量；
匹配是结构性的，而不是类型强制的，如 [1, 2] 匹配 tuple 也行；
对类匹配时，类需要支持 __match_args__ 或具名参数；
模式匹配不支持 case 穿透（没有“fallthrough”）。