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盘一盘 Python 3.10 和 3.11 的新特性:Python 竟开始支持 switch-case 语句了?!

小知识,大挑战!本文正在参与「程序员必备小知识」创作活动。本文已参与 「掘力星计划」,赢取创作大礼包,挑战创作激励金。

就在今天(6/10/2021),Python 官方发布了 Python 3.10.0 正式版本和 Python 3.11.0a1 alpha 测试版。我翻阅了数万字的 Python 文档和 PEP,将精华浓缩成了这篇文章。

大家好,我是披着狼皮的羊。今天将向大家介绍介绍 Python 3.10 和 Python 3.11 中的新特性。

更直观的错误信息

标识错误的小箭头

在新版本的 Python 中,指示小箭头能更准确的定位到错误的位置了:

Python 3.9Python 3.10
>>> foo(x, z for z in range(10), t, w)
File "<stdin>", line 1
foo(x, z for z in range(10), t, w)
^
SyntaxError: Generator expression must be parenthesized
>>> foo(x, z for z in range(10), t, w)
File "<stdin>", line 1
foo(x, z for z in range(10), t, w)
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
SyntaxError: Generator expression must be parenthesized

SyntaxError

SyntaxError 也能根据问题原因给出更详细的错误信息了,不再只是 invalid syntax

Python 3.9Python 3.10
>>> if True
File "<stdin>", line 1
if True
^
SyntaxError: invalid syntax
>>> if True
File "<stdin>", line 1
if True
^
SyntaxError: expected ':'
>>> while a = b:
File "<stdin>", line 1
while a = b:
^
SyntaxError: invalid syntax
>>> while a = b:
File "<stdin>", line 1
while a = b:
^^^^^
SyntaxError: invalid syntax. Maybe you meant '==' or ':=' instead of '='?
>>> {x, y for x, y in zip('abcd', '1234')}
File "<stdin>", line 1
{x, y for x, y in zip('abcd', '1234')}
^
SyntaxError: invalid syntax
>>> {x, y for x, y in zip('abcd', '1234')}
File "<stdin>", line 1
{x, y for x, y in zip('abcd', '1234')}
^^^^
SyntaxError: did you forget parentheses around the comprehension target?

NameErrorAttributeError

当找不到属性/变量时,PyErr_Display() 将打印类似属性/变量名称的建议:

Python 3.9Python 3.10
>>> import collections
>>> collections.nametaple
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<LONG_LONG_PATH>\Python39\lib\collections\__init__.py", line 68, in __getattr__
raise AttributeError(f'module {__name__!r} has no attribute {name!r}')
AttributeError: module 'collections' has no attribute 'nametaple'
>>> import collections
>>> collections.nametaple
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: module 'collections' has no attribute 'nametaple'. Did you mean: 'namedtuple'?

对于面向 Notepad 编程的程序员们,这特性还是非常有用的(只要单词拼写得不太离谱)。

后记:

看看上方错误信息中的:

f'module {__name__!r} has no attribute {name!r}
复制代码

用了这么久的 f-string,但 !r 我还是第一次见过,上网查了查,原来它表示的是 repr(__name__)

这算是 Python 的一个语法糖吧,学废了(没啥用,可读性又不高,适合装装 B)。

更多 f-string 的小技巧,请见这篇 Medium 文章

关于类型提示(Type Hints)的新特性

要想标注一个参数可以是 intfloat 的话,之前我们是这么做的:

from typing import Union

def add_one(num: Union[int, float]) -> Union[int, float]:
    return num + 1
复制代码

Python 3.10 引进了一个新的类型并集运算符(type union operator),语法为 X | Y

def add_one(num: int | float) -> int | float:
    return num + 1
复制代码

这样的写法更加清晰明了,预计在未来的某个版本 typing.Union 就会荣休了 ……

这语法也适用于 isinstace()issubclass() 中:

>>> isinstance(1, int | str)
True
复制代码

结构化模式匹配 —— match-case 语句

大更新!Python 支持 switch-case match-case 啦!

match subject:
    case <pattern_1>:
        <action_1>
    case <pattern_2>:
        <action_2>
    case <pattern_3>:
        <action_3>
    case _:
        <action_wildcard>
复制代码

match 语句将 subject 表达式 与 case 语句中的每个模式(pattern)从上到下进行比较,直到找到匹配的模式。若找不到匹配的表达式,则匹配 _ 通配符(wildcard)(如有),实际上它就是其它语言中的 default 关键字。

示例:

def http_error(status):
    match status:
        case 400:
            print("Bad request")
        case 404:
            print("Not found")
        case 418:
            print("I'm a teapot")
        case _:
            print("Something's wrong with the internet")
复制代码

在我看来,相较于其它语言中的 switch-case,Python 的 match-case 有几个特点:

  1. 无需 break 关键字

    由于 Python 在匹配成功后就停止了,因此我们不能(这将会抛出 SyntaxError)也不用在每个 case 代码块结尾写 break。这是不是代表我们不能像其它语言一样堆叠多个 case

    switch(status) {
        case 401:
        case 403:
        case 404:
            System.out.println("Not allowed");
            break;
        default:
            System.out.println("Something's wrong with the internet")
    }
    复制代码

    其实不然。我们能用 | 来结合多个模式(这是模式匹配中唯一支持的运算符):

    match status:
        case 401 | 403 | 404:
            print("Not allowed")
        case _:
            print("Something's wrong with the internet")
    }
    复制代码

    简单明了,非常的 Pythonic!

  2. 多种模式

    支持的模式有以下这几种:

    1. 字面常数(literal)模式

      如:intfloatstringboolNone,但 f-string 不行,毕竟它不是字面常数。

      注意,我们是不能把变量中的值当作匹配模式的:

      FULL_SCORE = 100
      my_score = 20
      match my_score:
          case FULL_SCORE:
              print("Congratulations!")
      print(FULL_SCORE)  # FULL_SCORE 的值被更改为 20
      复制代码

      match-case 会把它当作捕获模式(下面会提到),并将 my_score 赋值给 FULL_SCORE

    2. 捕获模式,作为匹配表达式的赋值目标,例:

      match greeting:
          case "":
              print("Hello!")
          case name:
              print(f"Hi {name}!")
      if name == "Santa":      # <-- 可能抛出 UnboundLocalError
          ...                  # 当 greeting 不为空时没问题
      复制代码

      在匹配每个 case 子句时,一个名称最多只能绑定一次,有两个具有重合名称的捕获模式是错误的:

      match data:
          case [x, x]:  # SyntaxError: multiple assignments to name 'x' in pattern
              ...
      复制代码
    3. 通配符模式

      _ 在这里不作为变量名称,而是一种特殊的模式。它始终匹配但从不绑定值:

      match data:
          case [_, _]:
              print("Some pair")
              print(_)  # NameError: name '_' is not defined
      复制代码

      注意:如果你上方使用了名叫 _ 的变量,这里不会抛出错误,但得到的值是你之前所定下的值,和这里毫无关系,别搞混了~

    4. 常量值模式

      属性和枚举类(enum.Enum)也能作为模式,这里就不多做解释了。

    5. 序列模式 和

    6. 映射模式

      listtupledict 等都能作为模式,并且能配合 *** 和通配符使用,像是:

      • [*_] 匹配任意长度的 list;
      • (_, _, *_) 匹配长度至少为 2 的 tuple
    7. 类模式

      废话不多说,例子如下:

      class Point:
          x: int
          y: int
      
      def location(point):
          match point:
              case Point(x=0, y=0):
                  print("Origin is the point's location.")
              case Point(x=0, y=y):
                  print(f"Y={y} and the point is on the y-axis.")
              case Point(x=x, y=0):
                  print(f"X={x} and the point is on the x-axis.")
              case Point():
                  print("The point is located somewhere else on the plane.")
              case _:
                  print("Not a point")
      复制代码

      这个模式也可以和通配符配合使用,举例来说:

      • Sandwich(cheese=_) 检查匹配的对象是否具有属性 cheese
  3. case 块中的 if 子句

    我们可以在模式中添加一个 if 子句,称为 guard(守卫)。即使模式匹配,如果 guard 为 Falsematch 将继续尝试匹配下一个 case 块。

     match point:
         case Point(x, y) if x == y:
             print(f"The point is located on the diagonal Y=X at {x}.")
         case Point(x, y):
             print(f"Point is not on the diagonal.")
    复制代码

新增/优化的函数与模块

新增 int.bit_count

int 中的新方法,返回给定整数的二进制展开式中 1 的数量。示例:

>>> n = 19
>>> bin(n)
'0b10011'
>>> n.bit_count()
3
>>> (-n).bit_count()
3
复制代码

zip() 内建函数新增可选参数 strict

strict 参数(预设值为 False)用于要求 zip() 函数检查 iterables 的长度是否相同,如果它们不相同,则抛出 ValueError

>>> list(zip(range(3), ['fee', 'fi', 'fo', 'fum'], strict=True))
Traceback (most recent call last):
  ...
ValueError: zip() argument 2 is longer than argument 1
复制代码

新增内建函数 aiter()anext()

iter()next() 对应,用于异步编程。aiter() 返回异步的迭代器,等同于调用 x.__aiter__()。当 await 时,anext() 调用 __anext__(),返回异步迭代器的下一项。异步迭代器耗尽时抛出 StopAsyncIteration

【Python 3.11】新增 math.cbrt

math.sqrt 类似,返回 x 的立方根。该方法会映射到 C 语言标准库中的 double cbrt(double arg);

也许你会问,x ** (1/3) 就能解决的问题,这函数岂不是可有可无?

其实答案很简单 —— 防坑

如果让你实现这个函数你多半会这么做:

def cbrt(x):
    return x ** (1/3)
复制代码

但当参数 x 小于 0 的时候,问题就出现了:

>>> cbrt(-27)  # 返回结果应该是: -3
(1.5000000000000004+2.598076211353316j)
复制代码

要想正确地返回结果,应该这么写:

def cbrt(x):
    if x < 0:
        return -(-x) ** (1/3)
    else:
        return x ** (1/3)
复制代码

这么细致的东西,相信大家也不会注意。看不见,找不着的 bug 油然而生。关于这个东西,Python 的贡献者 —— Mark Dickinson 是这么说的

Of course, even with math.cbrt in the standard library people will still fall into the x**(1/3) trap, but at least we then have a decent replacement to point them to.

此外,x ** (1/3) 也可能会有精度上的问题。至于速度的话,暂时没看到一个答案,但我猜想 math.cbrt 肯定会快些,毕竟少了运算符重载的时间。当然,现在还言之过早,得等 Python 3.11 发布后再测试才有个定论。

【Python 3.11】移除 @asyncio.coroutine 装饰器

在 Python 3.5 有了 async def 这个新语法,@asyncio.coroutine 装饰器就不需要了。该函数自 Python 3.8 起已被弃用,原计划在 Python 3.10 中删除该函数。

官方文档上还有很多新特性就不一一列举了,有兴趣的小伙伴们可到官网看看。

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就这样,拜了个拜。

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