Начиная с версии 3.10 в языке Python наконец-то появилась конструкция switch-case, которая называется match-case.
С помощью выражения match-case можно избавиться от довольно громоздких цепочек if-elif-else, например:
Вместо этого можно использовать компактное выражение match-case:
Во многих случаях последний вариант гораздо лучше. Он делает код более читаемым и менее повторяемым.
В данной статье мы полностью опишем конструкцию match-case в Python. Также мы рассмотрим распространенные проблемы с операторами if-else и варианты их решения при помощи конструкции match-case. И, наконец, разберем 5 ситуаций, в которых можно использовать операторы match-case.
Итак, приступим к делу!
Проблема операторов if-else
В принципе, операторы if-else не всегда являются наиболее интуитивным способом сравнения, и речь не только о Python. Это особенно верно, когда блоки if-else повторяются и формируют длинные цепочки.
Рассмотрим пример на псевдокоде, где при помощи операторов if-else проверяется день недели:
Как видите, в этом фрагменте кода много повторений.
Проверка day == "something" повторяется многократно. И совершенно ясно, что при каждой проверке мы обращаемся к переменной day. Если бы можно было не повторять day == "something", код стал бы чище и короче.
Избавиться от подобных повторов позволяет switch-case. Это решение есть в большинстве популярных языков программирования.
Решение проблемы — конструкция switch-case
Конструкция switch-case делает структуру сравнения более плавной.
Используя switch-case, вы указываете интересующее вас значение и задаете шаблоны (case) для каждого возможного результата. Затем код пытается сопоставить значение с шаблонами.
Использование оператора switch-case помогает избежать повторений и делает код чище.
Для примера заменим if-else на switch-case в нашем примере псевдокода :
Это выглядит намного чище и короче, чем куча if-else в примере в предыдущем разделе.
Switch-case часто встречается в популярных языках программирования, например в C++.
Python 3.10 также поддерживает конструкцию switch-case. Но она носит другое название — match-case.
Давайте теперь подробно разберем эти операторы именно в языке Python.
match-case — Python-версия switch-case
Итак, начиная с версии 3.10 язык Python начинает поддерживать конструкцию switch-case. Напоминаем, что в Python она называется match-case.
Оператор match-case также известен как оператор структурного сопоставления с заданным шаблоном.
Задача, решаемая этим оператором, описана в предыдущем разделе. Короче говоря, он заменяет повторяющиеся операторы if-else компактной структурой сравнения с шаблоном.
match-case в Python
Общая структура match-case в Python имеет следующий синтаксис:
Не правда ли, смотрится лучше? Как только вы адаптируетесь к чтению такой структуры, данный код будет казаться вам куда читабельнее предыдущего.
Кстати, вы можете разбить выражения case на несколько строк, если это более удобно.
Вот наш код, где каждое выражение находится в отдельной строке:
Теперь у вас есть общее представление о том, как код с выражениями match-case может упростить код с if-else.
Теперь давайте рассмотрим типы шаблонов для сопоставления в выражениях match-case.
5 распространенных типов шаблонов для match-case
В выражениях match-case можно использовать различные типы шаблонов. Наиболее примечательные варианты:
- Шаблон литерал (literal).
- Шаблон захвата (capture).
- Шаблон подстановки (wildcard).
- Шаблон постоянных значений (constant value).
- Шаблон последовательностей (sequence)
Рассмотрим теперь каждый вариант отдельно.
Шаблон литерал (literal)
Самый простой вариант использования match-case — это сопоставление с литеральными шаблонами. Литерал, с которым можно сравнивать, может быть:
- числом
- строкой
- None
- True
- False
Хорошим примером данного шаблона является уже рассмотренный нами код с днями недели. В нем мы сравниваем строковые литералы с переменной day:
Этот код проверяет, какое значение имеет переменная day. На основании этого он выполняет действие, которое в данном случае представляет собой простой вывод в консоль.
Шаблон захвата (capture)
Выражение match-case можно использовать для сохранения (захвата) совпавшего значения в переменную.
Лучше всего это продемонстрировать на примере.
Давайте создадим функцию greet(), которая приветствует человека, если указано его имя.
Выражение match-case делает две вещи (результат указан в комментариях):
- Проверяет, имеет ли переменная name значение None. Если это так, в консоли отображается приветственное сообщение по умолчанию.
- Проверяет, имеет ли переменная name какое-либо другое значение. Если да, это имя сохраняется в переменную some_name. И дальше в консоль выводится приветствие именно с этим именем.
Шаблон подстановки (wildcard)
При использовании выражения match-case вы можете применять знак подстановки для сопоставления без привязки к конкретному значению. При этом подстановка соответствует всему, что не включено в выражения case. В некотором смысле подстановка — это блок else выражения match-case.
Для знака подстановки используется символ подчеркивания _.
Первый пример использования знака подстановки
Например, давайте проверять результат бросания монеты:
Результат:
Must be 0 or 1
Здесь знак подстановки соответствует всему кроме 0 или 1. В нашем коде результат подбрасывания монеты в переменной coinflip по какой-то причине равен 4. Этот результат совпадает с подстановкой и поэтому запускается соответствующее действие.
Это один из способов использования шаблона подстановки в выражениях match-case.
Второй пример использования знака подстановки
Допустим, вам безразличны значения элементов некоторой коллекции. Вам просто нужно убедиться, что эти элементы существуют, иными словами важно их количество.
Например, давайте проверим размер кортежа, не рассматривая значения его элементов:
Результат:
2D location found
Как можно заметить, в этом случае проверяется только количество найденных элементов. Здесь мы использовали подстановку, чтобы убедиться, что в кортеже есть два элемента, не заботясь об отдельных значениях элементов.
То же самое можно сделать, используя оператор if-else и функцию len(). Но если операторы if-else становятся слишком длинными, лучше использовать оператор match-case для повышения качества кода.
Шаблон постоянных значений и перечисления
В качестве шаблонов выражения match-case можно использовать элементы перечислений (enumerations).
Чтобы это продемонстрировать, давайте создадим класс перечисления Direction (унаследованный от класса Enum), представляющий четыре основных направления на компасе.
Далее создадим функцию handle_directions(), которая принимает элемент класса Direction в качестве входного аргумента. Эта функция сопоставляет этот аргумент с одним из направлений из перечисления и реагирует соответствующим образом.
Вот сам код:
Теперь можно вызвать функцию handle_directions() следующим образом:
handle_directions(Direction.NORTH)
Конечно, приведенный выше код можно заменить чем-то более коротким или простым. Но этот пример наглядно демонстрирует, как можно использовать перечисления вместе с выражениями match-case.
Шаблон последовательностей
Для сопоставления с заданным шаблоном можно использовать распакованные элементы различных последовательностей (коллекций).
Если вы вдруг не знаете, что такое распаковка, то это означает вытягивание значений последовательности в отдельные переменные.
Вот пример распаковки списка в четыре переменные:
Таким образом, распаковку можно использовать вместе с выражением match-case.
Например, давайте проверим, является ли местоположение (переменная location) точкой 1D, 2D или 3D. Кроме того, давайте будем сохранять значения координат в отдельных переменных в зависимости от количества измерений.
Результат:
2D location found: (1, 3)
Данный код сопоставляет переменную location, в которой сохранен некий кортеж с координатами, с кортежами из одного, двух или трех элементов. А затем значения координат распаковываются в различные переменные.
Если в кортеже больше значений, но важны только первые три, можно использовать оператор *.
Допустим, есть кортеж с координатами, сохраненный в переменную location. И вдобавок в нем еще могут храниться посторонние элементы. Чтобы отловить «лишние» элементы, воспользуемся оператором *:
Результат:
3D location found: (1, 3, 2)
Also, there was some extra data: ['a', 'b', 'c']
Теперь выражение *names захватывает все остальные элементы, вне зависимости от того, сколько их там есть.
Теперь вы знаете основные типы шаблонов, с которыми можно производить сравнения. И последнее, но не менее важное: давайте посмотрим, как комбинировать шаблоны в выражении match-case.
Комбинирование шаблонов в match-case
В конструкции match-case можно сравнивать сразу несколько шаблонов.
Для этого используется логический оператор |(или). Таким образом проверяется, соответствует ли хотя бы один шаблон заданному значению.
Например, давайте проверим, выходным или рабочим днем является день недели:
Результат:
Work
Заключение
Во многих языках программирования длинные цепочки операторов if-else можно заменять более аккуратными операторами switch-case.
И наконец-то в версии Python 3.10 была реализована аналогичная функция — match-case.