Python 3.10 引入的新特性

Python 3.10 引入了许多令人瞩目的新特性，特别是结构模式匹配（Structural Pattern Matching）、类型提示增强、错误消息改进等，显著提升了开发体验。以下是 Python 3.10 的核心新特性详解：

一、语法增强

1. 结构模式匹配（Structural Pattern Matching）—— match / case

Python 3.10 最大的特性之一，类似于 switch 语法，但更强大，支持解构、类匹配、守卫等高级模式匹配。

基本语法

def http_status(status):
    match status:
        case 200:
            return "OK"
        case 400:
            return "Bad Request"
        case 401 | 403 | 404:
            return "Unauthorized or Not Found"
        case _:
            return "Unknown Status"

print(http_status(200))  # 输出: OK
print(http_status(404))  # 输出: Unauthorized or Not Found
print(http_status(500))  # 输出: Unknown Status

2. case 关键字中的模式匹配

• 字典模式匹配

def handle_data(data):
    match data:
        case {"type": "error", "message": msg}:
            print(f"Error: {msg}")
        case {"type": "success", "data": content}:
            print(f"Success: {content}")
        case _:
            print("Unknown data format")

handle_data({"type": "error", "message": "404 Not Found"})
# 输出: Error: 404 Not Found

• 类模式匹配

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

def check_point(p):
    match p:
        case Point(x=0, y=0):
            print("Origin")
        case Point(x=0, y=y):
            print(f"Y-axis at {y}")
        case Point(x=x, y=0):
            print(f"X-axis at {x}")
        case Point(x, y):
            print(f"Point at ({x}, {y})")

check_point(Point(0, 0))   # 输出: Origin
check_point(Point(5, 0))   # 输出: X-axis at 5

3. case 中的守卫条件（if）

case 语法支持 if 条件守卫，进一步增强了匹配的灵活性。

def check_number(x):
    match x:
        case n if n > 0:
            print("Positive number")
        case n if n < 0:
            print("Negative number")
        case _:
            print("Zero or unknown type")

check_number(10)   # 输出: Positive number
check_number(-5)   # 输出: Negative number
check_number(0)    # 输出: Zero or unknown type

二、类型提示增强

1. | 作为联合类型（Union Types）

Python 3.10 引入了更简洁的联合类型语法，替代 typing.Union。

示例：

# Python 3.9 及以下
from typing import Union

def square(num: Union[int, float]) -> Union[int, float]:
    return num ** 2

# Python 3.10+
def square(num: int | float) -> int | float:
    return num ** 2

✅ 语法更简洁直观

✅ 更符合 Python 代码风格

2. TypeGuard 类型保护

TypeGuard 用于为类型检查器提供更精准的类型推断，特别适用于 isinstance() 判断的更复杂场景。

示例：

from typing import TypeGuard

def is_str_list(val: list[object]) -> TypeGuard[list[str]]:
    return all(isinstance(item, str) for item in val)

data = ["apple", "banana"]
if is_str_list(data):
    # data 的类型自动推断为 list[str]
    print(", ".join(data))  # 输出: apple, banana

3. Parameter Specification Variables (typing.ParamSpec)

解决泛型函数参数类型标注问题，特别适用于装饰器等场景。

示例：

from typing import Callable, ParamSpec

P = ParamSpec("P")

def log_function(func: Callable[P, None]) -> Callable[P, None]:
    def wrapper(*args: P.args, **kwargs: P.kwargs) -> None:
        print(f"Calling {func.__name__} with {args} {kwargs}")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@log_function
def greet(name: str) -> None:
    print(f"Hello, {name}")

greet("Alice")  # 输出: Calling greet with ('Alice',) {}

三、错误消息的优化

Python 3.10 提供了更清晰、更直观的错误提示，极大提升了调试效率。

示例：

def add(x, y):
    return x + y

print(add(5, 3))   # 正常运行
print(add(5))      # Python 3.10 报错更直观

Python 3.9 报错：

TypeError: add() missing 1 required positional argument: 'y'

Python 3.10 报错：

TypeError: add() missing 1 required positional argument: 'y'

✅ 错误信息中缺失参数和问题代码行更加直观，便于快速定位问题。

四、性能优化

Python 3.10 在内部机制上进一步优化，提升了多项性能：

✅ 更快的 Python 解释器启动速度

✅ 优化了 str.replace()、str.find() 等方法

✅ f-strings 速度提升

五、标准库增强

1. zip() 新增 strict 参数

strict=True 模式要求所有可迭代对象长度一致，否则引发错误，避免意外数据丢失。

示例：

a = [1, 2, 3]
b = ['a', 'b']

# Python 3.10+
print(list(zip(a, b, strict=True)))  # 报错：ValueError

2. itertools.pairwise() 新增

pairwise() 返回连续的元素对，常用于滑动窗口场景。

示例：

from itertools import pairwise

data = [1, 2, 3, 4]
print(list(pairwise(data)))  # 输出: [(1, 2), (2, 3), (3, 4)]

六、其他重要更新

✅ open() 支持 encoding="utf-8" 默认编码

✅ asyncio 模块优化，新增 asyncio.TaskGroup

✅ distutils 模块已废弃，推荐使用 setuptools 代替

七、总结

Python 3.10 通过这些新特性显著提升了开发体验，推荐升级并应用这些新功能来优化代码。