模式匹配

Python
match
match的用法
Published

September 5, 2025

在Python中，match 是一个用于模式匹配（Pattern Matching）的语句，它是在 Python 3.10 版本中引入的新特性，被称为 Structural Pattern Matching（结构化模式匹配），通常也被称为 match-case 语句。它的语法灵感来自于其他语言（如 Rust、Scala）中的 match 或 switch 语句，但功能更强大。

一、基本语法

match subject:
    case pattern1:
        # 执行代码块1
        ...
    case pattern2:
        # 执行代码块2
        ...
    case _:
        # 默认情况（可选）
        ...
  • subject：要匹配的值。
  • case 后面是模式（pattern），用于匹配 subject 的结构或值。
  • _ 是通配符，表示“匹配任何情况”，通常作为默认分支。

二、基本用法示例

1. 简单值匹配（类似 switch）

def http_status(status):
    match status:
        case 200:
            return "OK"
        case 404:
            return "Not Found"
        case 500:
            return "Server Error"
        case _:
            return "Unknown status"

print(http_status(404))  # 输出: Not Found

⚠️ 注意：与传统 switch 不同的是，match-case 不需要 break，也不会“穿透”到下一个 case。

2. 多个值匹配（使用 |）

def describe_permission(code):
    match code:
        case "read" | "r":
            return "只读权限"
        case "write" | "w":
            return "写权限"
        case "read write" | "r w":
            return "读写权限"
        case _:
            return "未知权限"

print(describe_permission("r"))  # 输出: 只读权限

三、结构化模式匹配（核心功能）

match 的强大之处在于可以解构数据结构。

1. 匹配元组、列表

def handle_point(point):
    match point:
        case (0, 0):
            print("原点")
        case (x, 0):
            print(f"X轴上的点，x={x}")
        case (0, y):
            print(f"Y轴上的点，y={y}")
        case (x, y):
            print(f"普通点，x={x}, y={y}")
        case _:
            print("无效点")

handle_point((3, 4))   # 输出: 普通点，x=3, y=4
handle_point((0, 5))   # 输出: Y轴上的点，y=5

支持列表 []，但通常建议使用元组 ()。

2. 匹配对象（类实例）

class Point:
    __match_args__ = ('x', 'y')  # 定义位置参数匹配顺序
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

def location(point):
    match point:
        case Point(0, 0):
            return "原点"
        case Point(0, y):
            return f"Y轴，y={y}"
        case Point(x, 0):
            return f"X轴，x={x}"
        case Point(x, y) if x == y:
            return f"在 y=x 线上，x={x}"
        case Point(x, y):
            return f"点({x}, {y})"
        case _:
            return "不是点"

p1 = Point(3, 3)
print(location(p1))  # 输出: 在 y=x 线上，x=3

__match_args__ 是关键，它定义了类在模式匹配中如何按位置参数进行匹配。

3. 嵌套结构匹配

def process_data(data):
    match data:
        case ['error', code, message]:
            print(f"错误: {code}, {message}")
        case ['success', {'name': name, 'age': age}]:
            print(f"成功: {name}, {age}岁")
        case ['login', username, password]:
            print(f"登录: {username}")
        case _:
            print("未知数据格式")

process_data(['success', {'name': 'Alice', 'age': 25}])
# 输出: 成功: Alice, 25岁

4. 使用 if 进行条件匹配（Guard）

def check_number(n):
    match n:
        case x if x < 0:
            return "负数"
        case 0:
            return "零"
        case x if x % 2 == 0:
            return "正偶数"
        case x if x % 2 == 1:
            return "正奇数"
        case _:
            return "其他"

print(check_number(-5))  # 输出: 负数
print(check_number(4))   # 输出: 正偶数

5. 通配符与变量绑定

def greet(event):
    match event:
        case {'action': 'greet', 'name': str(name)}:
            print(f"你好, {name}!")
        case {'action': 'greet', 'name': name}:
            print(f"名字不是字符串: {name}")
        case {'action': action, 'time': t}:
            print(f"动作: {action}, 时间: {t}")
        case _:
            print("未知事件")

greet({'action': 'greet', 'name': 'Bob'})  # 输出: 你好, Bob!
  • str(name)：确保 name 是字符串类型，并将其值绑定到变量 name。
  • action：直接绑定值。

四、注意事项与限制

  1. 仅支持 Python 3.10+
    • 低版本会报语法错误。
  2. 不会“穿透”
    • 匹配成功后自动跳出，无需 break。
  3. 模式是从上到下匹配
    • 第一个匹配的 case 被执行，后面的忽略。
  4. 变量绑定
    • 在 case 中使用的变量会被绑定到对应值，作用域仅限于该 case 块。
  5. 不支持 or，使用 |
    • 正确：case 1 | 2:
    • 错误：case 1 or 2:

五、与 if-elif-else 的对比

特性 match-case if-elif-else
可读性 高（尤其结构解构） 一般
性能 通常更快（编译器优化） 逐条判断
功能 支持结构解构、类型匹配 仅条件判断
版本要求 Python 3.10+ 所有版本

六、适用场景

  • 解析复杂数据结构（如 JSON、API 响应）
  • 状态机处理
  • 命令行参数解析
  • 路由分发（如 Web 框架）
  • 枚举类型处理

总结

match-case 是 Python 3.10 引入的强大工具，超越了传统 switch 语句，支持：

  • 值匹配
  • 类型匹配
  • 结构解构
  • 条件守卫（if）
  • 通配符和变量绑定

它让代码更清晰、简洁，尤其适合处理复杂数据结构。如果你使用的是 Python 3.10 或更高版本，强烈推荐在合适场景中使用 match 语句替代冗长的 if-elif 链。