Зіставляння зі взірцем

У житті нам не рідко необхідно пізнавати певні предмети або людей за деякими їхніми ознаками. Як саме Ви знаєте, що деякий телефон ваш, а інший телефон чужий? Кожний телефон різного кольору, має різну кількість камер, оперативної пам’яті тощо. Відрізняються й встановлені застосунки, налаштування. Ваш мозок має деякий взірець (pattern), який складається з характеристик вашого телефону. Якщо взяти декілька пристроїв, Ви зіставите відомі такі параметри вашого телефону з кожним із них, тому безперечно знайдете саме ваш телефон, коли отримаєте збіг (match).

Наведу конкретніший мінімальний приклад. Нехай ваш телефон синього кольору. Лежать на столі телефони червоного, чорного, синього та білого кольорів. Ви візуально поглянули б на кожен телефон, доки не побачили синій — враховуючи, що Ви знаєте лише колір, Ви б зробили висновок, що це ваш телефон.

Деструктуризація

Перед тим як переходити безпосередньо до зіставляння зі взірцем, я пропоную розібратись з деструктуризацією — операцією “розбиття” структур даних на окремі компоненти. У Python таким чином можна деструктуризувати списки, кортежі або множини, вказавши декілька змінних через кому перед знаком присвоєння.

a, b = [2, 3] # a = 2, b = 3
c, d, e = (8, 'hi', True) # c = 8, d = 'hi', e = True
f, g = {'f', 14.82} # f = 'f', g = 14.82

Якщо розмір масиву не збігається з кількістю змінних, то буде помилка. Їй можна запобігти, використавши астериск (*, у народній мові “зірочка”) перед змінною — він позначає “залишок” елементів. * можна використовувати у будь-якій частині виразу, однак лише один.

a, *b, c = (8, 'hi', True, 'rraur') # a = 8, b = ['hi', True], c = 'rraur'
*d, e = ["I", "like", "waffles", ":D"] # d = ["I", "like", "waffles"], e = ":D"

Неформально, якщо деякі значення непотрібні, їх за звичаєм присвоюють змінній “_”: a, _ = {3.14, 6.28}.

match

Нове у Python 3.10; у старіших версіях немає.

Для зіставляння зі взірцем (pattern matching) у Python додали match. Він дещо схожий загальною схемою на switch у деяких інших мовах:

match <значення>:
    case <шаблон>:
        <інструкції>
    #case ...

Шаблони (взірці) у Пайтоні можуть бути як невеликими значеннями, так і комплексними багатокомпонентними структурами. Така гнучкість та різноманіття шаблонів дозволяє писати лаконічний та експресивний код, який у інших мовай займав би безліч часу та рядків. У цьому підрозділі будуть описані коротко всі доступні шаблони, окрім, напевно, класів.

Літерали та змінні

Літерал — постійне значення у коді програми. Вони включають числа 3.4, рядки "a string", булеві значення False тощо. У шаблонах літерали будуть зіставлятись за значенням, тобто шаблон 1.0 також буде збігатись з цілим числом 1. Винятком є булеві значення, які мають відповідати типу — тобто 1 з True не буде збігатись.

Вказавши деяку назву змінної як шаблон, значення завжди буде надано цій змінній. Таким чином сам шаблон буде завжди збігатись, а у case можна буде використовувати цю змінну.

x = 2
match x:
    case 8:
        print("Не буде виконано")
    case y:
        print("y тепер дорівнює 2")

На даному етапі може бути незрозуміло, як це працює, однак коли Ви вивчите всі шаблони, застосування match можуть бути досить простими та корисними.

Байдужі символи

Інколи деякі значення не потрібні або ми хочемо довільну їх кількість. Якщо Ви згадали про * та _, то саме так, вони також можуть бути шаблонами. Можливо, тепер здається, що зіставляння зі взірцем є аналогічним до деструктуризації. Частково так і є — match деякою мірою є if-else з деструктуризацією, а втім, шаблонів дещо більше і match дозволяє перевіряти по черзі кожен з них. До речі, case _: використовується як else, тому його пишуть останнім на випадок, якщо жоден попередній шаблон не підійшов.

Послідовності

Очевидно, що порівнювати за шаблонами окремі одиничні значення було б не дуже корисно. У Python є можливість зіставлення зі шаблонами-списками. Так, можна зіставляти окремі шаблони для кожного елементу наданого контейнера.

Наприклад, у рядків є метод split(), що перетворює рядок у список елементів через пропуски (наприклад, "Hello world!".split() # ["Hello", "world!"]). Нехай потрібно дізнатись напрямок, у якому слід піти, або ж вивести помилку, якщо команда не існує. Це можна реалізувати так:

match input().split():
    case ["йти", direction]:
        print("Ви пішли", direction)
    case _:
        print("Невідома команда!")

Тепер якщо ввести “йти ліворуч”, буде виведено “Ви пішли ліворуч”, а якщо ввести “я хочу їсти”, буде “Невідома команда!” :)

Так само можна “розділити” словник на шаблони:

match someDict:
    case {'color': color}:
        print("Колір об'єкта: " + color)
    #...

АБО, “як”

Останніми із простих шаблонів є шаблон “АБО” та ключове слово “як” — as. У випадку, коли потрібно дозволити декілька варіантів (шаблонів), тобто “А або Б або В або…”, можна розділити кілька шаблонів знайомим знаком |. Як тоді дізнатись, який саме з них підійшов? Можна присвоїти значення ключовим словом as. Зверніть увагу, що у шаблонах круглі дужки працюють як у звичайних виразах — для порядку операцій (групування).

match value:
    case ["обрати", ("північ"|"південь"|"захід"|"схід") as direction]:
        print("Ви обрали " + direction)
    case ["обрати", _]:
        print("Такої сторони не існує!")
    case _:
        print("Невідома дія!")

Варта (guards)

Інколи бувають випадки, коли навіть цього переліку шаблонів недостатньо, і хочеться використати звичайні логічні вирази. Це дозволяє зробити вираз-варта (pattern guard). Такі вирази записуюють як if та логічний вираз після основного шаблону.

match value:
    case [x, y] if x < y:
        print("Перше число менше ніж друге.")
    case [x, y] if x > y:
        print("Перше число більше ніж друге.")
    case [x, y]:
        print("Два однакових числа.")
    case _:
        print("Щось інше.")

Детальніше

Дізнатися повну інформацію англійською мовою про зіставляння зі взірцем можна у PEP 636.