Python 条件判断与模式匹配

1. 基本的条件判断（if 语句）

条件判断是编程中最基础的控制流结构，用于根据条件执行不同的代码块。Python 使用 if、elif 和 else 关键字实现条件判断。以下是基本语法：

condition = True
if condition:
    print("条件为真，执行此代码块")
else:
    print("条件为假，执行此代码块")

1.1 单条件判断

最简单的 if 语句检查一个条件是否为真：

age = 18
if age >= 18:
    print("你已成年！")
else:
    print("你未成年！")

输出：

你已成年！

1.2 多条件判断

使用 elif 可以检查多个条件，else 处理剩余情况：

score = 85
if score >= 90:
    print("优秀")
elif score >= 80:
    print("良好")
elif score >= 60:
    print("及格")
else:
    print("不及格")

输出：

良好

1.3 嵌套条件判断

可以在 if 语句中嵌套另一个 if 语句，但过多的嵌套会降低代码可读性：

number = 10
if number > 0:
    if number % 2 == 0:
        print("正偶数")
    else:
        print("正奇数")
else:
    print("非正数")

输出：

正偶数

1.4 逻辑运算符

使用 and、or 和 not 组合多个条件：

temperature = 25
is_sunny = True
if temperature > 20 and is_sunny:
    print("适合户外活动！")
else:
    print("建议室内活动。")

输出：

适合户外活动！

要点：

• 条件表达式必须返回布尔值（True 或 False）。
• 使用缩进（通常 4 个空格）定义代码块。
• elif 和 else 是可选的。

2. 模式匹配（match 语句）

Python 3.10 引入了结构化模式匹配（match 语句），提供了一种更直观的方式处理复杂条件逻辑。它类似于其他语言的 switch 语句，但功能更强大，支持匹配值、数据结构和类型。

• Python 的 match 语句在匹配到一个 case 后会立即退出，不会继续匹配后续分支，与 Java 传统 switch 的“贯穿”行为不同。
• 教程中使用 return 是为了示例简洁，但 case 分支可以包含任意代码，不限于返回值。

2.1 基本模式匹配

match 语句的基本语法如下：

def get_day_name(day):
    match day:
        case 1:
            return "星期一"
        case 2:
            return "星期二"
        case 3:
            return "星期三"
        case _:
            return "无效日期"

print(get_day_name(1))

输出：

星期一

• case _ 是默认分支，类似 else，没有匹配任何值的情况走此分支。
• 每个 case 分支可以直接返回值，简化代码。

2.2 匹配列表和元组

模式匹配可以解构列表或元组，检查其结构和内容：

def process_command(command):
    match command:
        case ["start"]:
            return "启动系统"
        case ["stop"]:
            return "停止系统"
        case ["move", direction]:
            return f"向 {direction} 移动"
        case _:
            return "未知命令"

print(process_command(["move", "left"]))

输出：

向 left 移动

• case ["move", direction] 捕获第二个元素到变量 direction。
• 匹配顺序很重要，Python 会从上到下尝试每个 case。

2.3 匹配字典

模式匹配也可以处理字典，检查键值对：

def handle_response(response):
    match response:
        case {"status": "success", "data": data}:
            return f"成功，数据：{data}"
        case {"status": "error", "message": msg}:
            return f"错误：{msg}"
        case _:
            return "无效响应"

print(handle_response({"status": "success", "data": [1, 2, 3]}))

输出：

成功，数据：[1, 2, 3]

• 字典模式匹配只检查指定的键，未指定的键被忽略。
• 变量（如 data）捕获对应的值。

3. 复杂的模式匹配

模式匹配的真正威力在于处理复杂数据结构，例如嵌套结构、类型检查和条件守卫。

3.1 嵌套模式匹配

可以匹配嵌套的数据结构，例如列表中的列表：

def analyze_data(data):
    match data:
        case [int(x), [str(s), int(y)]]:
            return f"整数 {x}，嵌套字符串 {s} 和整数 {y}"
        case [float(x), _]:
            return f"浮点数 {x}"
        case _:
            return "无法识别的数据"

print(analyze_data([42, ["hello", 100]]))

输出：

整数 42，嵌套字符串 hello 和整数 100

• int(x) 确保第一个元素是整数并捕获其值。
• [str(s), int(y)] 匹配嵌套列表的结构。
• 注意：这里的 int(x) 不是类型转换，是指定类型。

3.2 使用条件守卫

if 守卫可以在 case 中添加额外条件：

def check_point(point):
    match point:
        case (x, y) if x == y:
            return "点在对角线上"
        case (x, y) if x > 0 and y > 0:
            return "点在第一象限"
        case _:
            return "其他位置"

print(check_point((3, 3)))

输出：

点在对角线上

• if x == y 是一个守卫，只有当条件满足时才匹配该 case。

3.3 匹配类和对象

模式匹配可以检查对象的类型和属性：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

def describe_person(person):
    match person:
        case Person(name=name, age=age) if age >= 18:
            return f"{name} 是成年人"
        case Person(name=name):
            return f"{name} 是未成年人"
        case _:
            return "无效对象"

person = Person("Alice", 25)
print(describe_person(person))

输出：

Alice 是成年人

• Person(name=name, age=age) 解构对象的属性并捕获值，并不是创建实例。
• 守卫 if age >= 18 添加额外条件。

4. 模式匹配的优点

模式匹配相较于传统 if 语句有以下优点：

1. 可读性强：模式匹配将复杂逻辑分解为清晰的 case 分支，减少嵌套 if 语句，提高代码可读性。
2. 表达力强：支持匹配值、结构、类型和条件守卫，能处理复杂的逻辑场景。
3. 简洁性：通过解构和捕获变量，减少手动解析数据结构的代码。
4. 安全性：模式匹配确保所有可能情况都被处理（通过 case _），降低遗漏逻辑的错误。
5. 灵活性：支持嵌套结构和类匹配，适合处理复杂数据，如 JSON 或 API 响应。

示例对比：以下是用 if 和 match 处理相同逻辑的对比：

# 使用 if
def process_status(status):
    if isinstance(status, dict) and status.get("status") == "success":
        return f"成功，数据：{status.get('data')}"
    elif isinstance(status, dict) and status.get("status") == "error":
        return f"错误：{status.get('message')}"
    else:
        return "无效响应"

# 使用 match
def process_status_match(status):
    match status:
        case {"status": "success", "data": data}:
            return f"成功，数据：{data}"
        case {"status": "error", "message": msg}:
            return f"错误：{msg}"
        case _:
            return "无效响应"

print(process_status_match({"status": "success", "data": [1, 2, 3]}))

输出：

成功，数据：[1, 2, 3]

match 版本更简洁直观，逻辑清晰，易于维护。

5. 总结

• 条件判断：if 语句适合简单逻辑，结合逻辑运算符和嵌套可以处理较复杂场景，但代码可能变得冗长。
• 模式匹配：match 语句适合处理复杂数据结构，语法简洁，表达力强，适合现代 Python 开发。
• 学习建议：初学者应先掌握 if 语句，确保理解基本逻辑控制；熟练后学习 match 语句，处理复杂场景如 API 数据解析或嵌套结构。