Python 為什麼不支援 switch 語句？

在Python教學欄位這篇文章裡，我們會聊一聊為什麼 Python 決定不支援 switch 語句。

為什麼想要聊這個主題呢？

主要是因為switch 在其它語言中太常見了，而Python 卻不支持，這樣的獨特性本身就值得關注，而回答這個問題，也能更加看清Python 在程式設計上的理念，了解Python 在語法設計中的決策過程。

本文除了會詳細分析PEP-275 和PEP-3103，還會介紹到Python 最新的發展動態（PEP-622），即可能要引入的模式匹配（pattern matching）語法，相信這個話題會開拓大家的眼界，對switch 文法有更全面的認識。

1、switch 是什麼？

在開始正題之前，我們需要先聊聊 switch 是什麼？

有些同學可能會第一時間想到它…

餵~餵~，麻煩收收心，別總想著遊戲啦，我們要說的是程式語言中的switch 語句。

一般而言，switch 的語法格式如下：

switch(expression){    case value1:       // 语句
       break; // 可选
    case value2:       // 语句
       break; // 可选
    default: // 可选
       // 语句}复制代码

使用流程圖來表示，大概是這樣的：

##它的用法不難理解：switch 語句的值滿足哪一個case 情況，就會執行對應的程式碼區塊，執行時遇到break 就跳出，否則就繼續執行下一個case 分支；一般會在最後放一個default 分支，作為兜底。

大多數語言都提供了switch 語句或極其相似的東西，例如，在C/C /Java /Go 等靜態語言中，它們都支援switch-case 結構；在Ruby 中有類似的case -when 結構，在Shell 語言中，有相似的case-in 結構，在Perl 中，有switch-case-else…

switch 語句的好處是支援「單一條件多分支」的選擇結構，相較於if-else 的二分選擇結構，在某些時候會更為簡潔清晰。

但是，在 Python 中，我們看不到 switch-case 或相似的語法結構，這是為什麼呢？

2、Python 為什麼不支援switch?

官方文件中有一篇FAQ 包含了這個問題：Why isn't there a switch or case statement in Python?

FAQ 即Frequently Asked Questions 的縮寫，表示常見問題，官方列了27 個常見問題，完整清單在此：mp.weixin.qq.com/s/zabIvt4df…

該文件給了幾個建議，告訴了我們幾個switch/case 的替代方案：

使用if-elif-else 條件判斷語句
使用字典，將case 值與呼叫的函數映射起來
• 使用內建getattr() 檢索特定的物件呼叫方法

曾有人提出過一些提案（即PEP -275 和PEP-3103），想給Python 引入switch 語法，然而，對於“

是否以及如何進行靶場測試”，大家沒有達成一致的共識。

靶場測試，即 range test，指的是對武器彈藥的技術性能作各種測試驗證，與藥物的臨床試驗一樣，都是在最終產品交付前的一項關鍵性測試。

官方文件對於「為什麼Python 不引入switch」的解釋，實際上來自Python 之父Guido van Rossum 在PEP-3103 中的意見：

#來源：www.python.org/dev/peps/pe…

A quick poll during my keynote presentation at PyCon 2007 shows this proposal has no popular support. I therefore reject it.

#我在PyCon 2007 的主題演講中做了一個快速的民意調查，結果顯示這個提案沒有得到廣泛的支持。因此，我拒絕了它。

簡而言之，

PEP 提案有了，語法實作也有了雛形，但是核心開發者們似乎沒有達成一致意見，最終導致提案流產了。

3、PEP-275 與 PEP-3103 說了什麼？

PEP-3103 是在2006 年提出的，PEP-275 則是在2001 年提出的，它們的共同之處是提出了引入switch 語句的某種必要性、分析了好幾種備選的實現方案，然而，結局是都被拒絕了。

出處：www.python.org/dev/peps/pe…

那么，我们就先来回顾一下核心开发者们都做出了哪些讨论，看一看如果 Python 要实现 switch 结构，会是怎么样子的？（PS：PEP 里还涉及其它内容，本文只摘取与 switch 直接相关的部分）

PEP-275 提出的语法结构如下：

switch EXPR:
    case CONSTANT:
        SUITE
    case CONSTANT:
        SUITE
    ...    else:
        SUITE复制代码

其中 else 分支是可选的，如果没有它，并且前面的分支都不满足的话，就什么也不做。另外 case 值 constant 支持不同类型，因为 expr 表达式的类型是动态的。

PEP-275 还提出让 switch 不支持掉落（fall-through）行为，即每个 case 分支相互独立而完整，不用像 C 语言那样需要写 break。

该 PEP 还列举了一些其它的 issue：

• 重用现有关键字，不引入“switch”和“case”
• 使用新的关键字，避免与 C 的 switch 概念混淆
• 支持单分支多值选择（例如：case 'a', 'b', 'c': ...）
• 还有建议支持范围取值判断（例如：case 10..14: ...）

除了首选方案，该 PEP 还记录了几种风格各异的语法方案：

case EXPR:
    of CONSTANT:
        SUITE
    of CONSTANT:
        SUITE    else:
        SUITE

case EXPR:    if CONSTANT:
         SUITE    if CONSTANT:
        SUITE    else:
        SUITE

when EXPR:    in CONSTANT_TUPLE:
        SUITE    in CONSTANT_TUPLE:
        SUITE
    ...else:
     SUITE复制代码

PEP-275 记录下了不少重要的思路和问题，为 PEP-3103 的出现做了很好的铺垫。

那么，我们再来看看由 Guido 编写的 PEP-3103 说了些什么吧。

它首先认可了 PEP-275 中的两个基础设定，例如，实现“隐式的 break”，不让 case 分支出现 fall-through 这种转移控制权的情况（其它语言似乎都要求显式地写 break）；else 分支是可选的，复用 else 关键字，而不用引入“default”。

对于 PEP-275 提倡的那种风格，Guido 比较认可，但也认为它的问题是缩进层次太多，因此建议减少代码分支缩进的空格数，例如本来缩进 4 空格，改为缩进 2 空格。

PEP-3103 还列举了另外三种实现方案，分析了它们的差异以及问题，具体内容从略，这里只给大家看看它们的风格：

# case 分支不缩进switch EXPR:
case EXPR:
    SUITE
case EXPR:
    SUITE
....else:
    SUITE# switch 语句后不加冒号switch EXPR
case EXPR:
    SUITE
case EXPR:
    SUITE
....else:
    SUITE# 省略 case 关键字switch EXPR:
    EXPR:
        SUITE
    EXPR:
        SUITE
    ...    else:
        SUITE复制代码

在基础语法之外，Guido 花了很多篇幅来讨论扩展语法（Extended Syntax），即在一个 case 分支中实现匹配多个值的复杂情况：

case EXPR, EXPR, ...:# Guido 优选的case in EXPR_LIST:

case *EXPR:

case [*]EXPR, [*]EXPR, ...:

case *(EXPR, EXPR, ...):复制代码

他重点考虑到的问题包括：switch 中表达式的结果是元组或可迭代对象的情况、case 的值被看成元组解包的情况、在 case 分支作“*”星号操作……

接着，Guido 又用了非常非常多的篇幅来分析该如何实现 switch，其中讨论到的主要思路有：

• 使用等价的 if-elif 链来定义 switch 语句（可能会做些优化）
• 同上，另外所有表达式都必须是可哈希的（hashable）
• 看作是预先计算的字典的分派（dispatch）

PEP 中这部分的内容非常多，因为在每个思路上，Guido 还考虑到了好几种实现路径，这导致了他在复杂分析后的结论是：It is too early to decide（ 现在做决定为时尚早）。

阅读完 PEP-3103 后，我总体的感觉是：Guido 的思路非常发散、层次丰富，但是，缺少了他在面对其它问题时那“快刀斩乱麻”式的洞察力。

也就是说，在诸多的可能性方案中，他力求面面俱到，最终无法说服自己做出一个独裁的决定。阻力主要来自于他自己，而不是其他人。

不过，之所以会出现这种情况，也许跟他的预设立场有关：他似乎认为“Python is fine without a switch statement”，因此尽管写了很长的 PEP，但只是在把问题复杂化，把议题搁置起来。

最后，他在 PyCon 上做了一个小范围调查，借此“名正言顺”地拒绝了自己发起的 PEP，试图堵住众人的悠悠之口……

4、未来会有 switch 语句么？

归结起来，之所以 Python 没有 switch 语句，原因有：switch 的实现细节/功能点未经敲定、没有 switch 也挺好的、有其它不错的方法替代 switch、Guido 的小任性……

但是，我们还是要追问一句：未来会有 switch 语句么？或者类似的多分支选择结构？

为什么要有此一问呢？原因是有太多语言自带 switch 语句，而且也有很多人尝试编写提供 switch 功能的库（我记得在 PyCoder's Weekly 里曾见到过两次）。

我（Python猫）本人自始至终并不喜欢 switch，几乎可以肯定地说，Python 未来也不会有 switch，但是，它很可能会引入一个类似于 switch 且更为复杂的语法结构！

2020 年 6 月，PEP-622 被提出了，它建议引入在 Scala、Erlang 和 Rust 等语言中的模式匹配语法（pattern matching）。

截至 2020 年 10 月，该 PEP 已被分解成另外三个 PEP（634-636），目前都处于草案阶段。考虑到核心开发者们的参与情况以及话题讨论的情况，这些提案极有可能会在未来版本（比如正在开发中的 3.10）中实现。

以一个求平均数的函数为例，模式匹配语法可以实现成这样：

def average(*args):
    match args:
        case [x, y]:           # captures the two elements of a sequence
            return (x + y) / 2
        case [x]:              # captures the only element of a sequence
            return x
        case []:            return 0
        case x:                # captures the entire sequence
            return sum(x) / len(x)复制代码

match-case 结构神似于 switch-case 结构，然而它基于模式（pattern）而非表达式（expression），因此有更多待考虑的细节问题，也有更为广阔的应用空间。

对此话题感兴趣的读者，建议去查阅这几个新的 PEP。

最后，让我们回到标题中的问题：Python 为什么不支持 switch 语句？

官方文档的 FAQ 对此问题有一个解答，告诉我们有几个不错的替代写法，同时也留下了一条线索：曾有 PEP 提议引入 switch，只是没有成功实现。

沿着这条线索，本文拆解了 PEP-275 和 PEP-3103 这两篇文档，带大家看到了 Python 社区里提出过的风格各异的 switch 方案，以及诸多的悬而未决的问题。

最后，我们还关注到了最新的 PEP-622 的动态，看起来 switch 的“孪生兄弟” match 语法有望引入到 Python 中！switch 话题的讨论似乎要终止了，但是另一个更大的话题正在进行中！

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以上是Python 為什麼不支援 switch 語句？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！