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模式匹配

当程序需要根据数据的结构做不同处理时，match ... case 比一长串 if/elif 更直观。例如，命令可能是字符串，消息可能是字典，坐标可能是元组。模式匹配可以同时判断形状、提取数据和增加附加条件。

本文使用 Python 3.10 及以上版本。旧版本没有 match 语法，应改用 if/elif 或升级 Python。

基本语法​

command = "start"

match command:
    case "start":
        print("开始任务")
    case "stop":
        print("停止任务")
    case _:
        print("未知命令")

match 依次尝试每个 case，执行第一个匹配的分支后结束。下划线 _ 是通配模式，匹配任何值但不绑定变量，通常放在最后作为默认分支。

字面量和多个选项​

字面量模式可以匹配数字、字符串、布尔值和 None：

status_code = 404

match status_code:
    case 200:
        message = "成功"
    case 401 | 403:
        message = "没有权限"
    case 404:
        message = "资源不存在"
    case _:
        message = "其他响应"

print(message)

竖线 | 表示“匹配其中任意一个模式”。同一个 case 中如果绑定变量，所有选项必须绑定相同的变量名，否则会产生语法错误。

绑定变量和守卫条件​

捕获模式把匹配到的值绑定到变量：

value = 42

match value:
    case number:
        print(f"收到数字：{number}")

注意：case number 会匹配几乎所有值，它不是“判断是否为名为 number 的常量”。如果要匹配特定常量，使用字面量；如果要判断类型，使用类模式。

守卫（if）可以在模式匹配后继续限制条件：

score = 86

match score:
    case int(value) if value >= 90:
        level = "优秀"
    case int(value) if value >= 60:
        level = "及格"
    case int():
        level = "不及格"
    case _:
        level = "分数格式错误"

守卫只在模式已经匹配后求值，因此可以安全地使用模式中绑定的变量。

序列模式​

列表和元组等序列可以按长度和位置匹配：

point = (10, 20)

match point:
    case (0, 0):
        print("原点")
    case (x, y):
        print(f"坐标：({x}, {y})")

使用 * 捕获任意数量的剩余元素：

values = [1, 2, 3, 4]

match values:
    case [first, *middle, last]:
        print(first, middle, last) # 1 [2, 3] 4

[x, y] 只匹配恰好两个元素；[x, y, *rest] 可匹配至少两个元素。字符串不是可用于这种序列模式的字符序列，不能用 case [first, *rest] 拆分字符串。

映射模式​

字典可以按键匹配并提取值：

event = {"type": "login", "user": "alice", "ip": "127.0.0.1"}

match event:
    case {"type": "login", "user": user}:
        print(f"用户 {user} 登录")
    case {"type": "logout", "user": user}:
        print(f"用户 {user} 退出")
    case {"type": event_type}:
        print(f"其他事件：{event_type}")
    case _:
        print("无效事件")

映射模式不要求字典只有这些键，示例中的额外 ip 不影响匹配。若需要捕获未列出的剩余键，可使用 **rest：

data = {"name": "小林", "age": 18, "city": "上海"}
match data:
    case {"name": name, **rest}:
        print(name, rest)

类模式​

类模式可以检查对象类型并读取属性。对内置类型，常见写法如下：

value = "hello"

match value:
    case str(text) if text:
        print(f"非空文本：{text}")
    case str():
        print("空文本")
    case int(number):
        print(f"整数：{number}")
    case _:
        print("其他类型")

对自定义类，需要类提供位置属性（__match_args__）或使用关键字属性模式：

class User:
    def __init__(self, name, active):
        self.name = name
        self.active = active


user = User("小林", True)

match user:
    case User(name=name, active=True):
        print(f"活跃用户：{name}")
    case User(name=name):
        print(f"其他用户：{name}")

嵌套模式​

模式可以嵌套，适合解析结构化消息：

message = {"kind": "point", "value": [10, 20]}

match message:
    case {"kind": "point", "value": [x, y]}:
        print(f"点的位置是 {x}, {y}")
    case {"kind": kind}:
        print(f"不支持的消息类型：{kind}")
    case _:
        print("消息格式错误")

相比先检查键、再检查类型、最后取值，嵌套模式把数据形状集中写在一个 case 中，分支意图更明确。

模式匹配和 if/elif 的选择​

场景更合适的写法
只比较几个简单条件if/elif
判断元组、列表或字典的结构match/case
需要复杂布尔表达式if/elif 或函数
处理有限的命令、事件类型match/case
兼容 Python 3.9 及更早版本if/elif

模式匹配不是所有条件判断的替代品。不要为了使用新语法而把简单的 if 改写成复杂模式。

常见错误​

把捕获模式当成常量​

# case status: 会捕获任意值，而不是匹配变量 status 的当前值

匹配常量时直接写字符串或数字；非字面量常量可使用限定名称，例如 Color.RED。

默认模式挡住后续分支​

case _: 会匹配一切，后面的 case 永远不会执行。因此默认分支必须放在最后。

忽略类型版本​

运行 match 代码前确认解释器版本：

import sys

print(sys.version)

部署环境也要使用 Python 3.10+，否则程序会在解析阶段失败。

练习​

  1. 使用 match 根据 HTTP 状态码输出提示，并把 401 和 403 合并到一个分支。
  2. 匹配一个包含 "type" 和 "payload" 的字典，分别处理文本和数字载荷。
  3. 匹配一个坐标列表：原点、横轴上的点、普通点分别输出不同描述。
  4. 为分数添加守卫条件，区分优秀、及格和不及格。

小结​

  • match/case 按顺序匹配值的结构，case _ 是默认通配分支。
  • 字面量、|、序列模式、映射模式和类模式可以组合使用。
  • 捕获模式会绑定变量；守卫 if 可在结构匹配后增加业务条件。
  • 映射模式允许字典包含额外键，**rest 可捕获剩余键值。
  • 模式匹配需要 Python 3.10+，简单布尔条件仍可使用 if/elif。