Python: パターンマッチしてみる

なんか、趣味では最近はC言語ばっかりだったりするわけですが。

さて、関数型言語系をカジった人なら誰しも取り付かれる、モノ、それがパターンマッチ。パターンマッチが使えると、とにかく直感的にコードをかけますよね。

つーわけで、Pythonでパターンマッチを実装してみました。機能的には

  • リスト,タプルに対するパターンマッチ
  • パターン変数への束縛
  • ガード条件
  • 任意のオブジェクトに対するパターンマッチ
  • 部分パターンの束縛(Ocamlのas)

あたりを実装してみました。これだけあれば、かなり便利にコードをかけます。できるだけ、手軽に書けるように工夫してみました。こんな感じです。

変数束縛とガード。getattrでごにょごにょしてるので簡単にかけます。

python code
  1. m = Match([1,2,3])
  2. if m.when([1,2,m.var]) and m.var > 2:
  3.   print m.var
  4. # >> 3
  5.  

こう使えば、Pythonに念願のswitchが！

python code
  1. m = Match(10)
  2. if m(9):
  3.   print 1
  4. elif m(10):
  5.   print 2
  6. else:
  7.   False
  8. # >> 2
  9.  

部分パターンを束縛してみます。[1,2,m.var]全体をallというパターン変数に束縛します。

python code
  1. m = Match([1,2,3])
  2. if m.when([1,2,m.var]) and m.var > 5:
  3.   False
  4. elif m.when(m._as_all([1,2,m.var])):
  5.   print m.all
  6.   print m.var
  7. else:
  8.   raise StandardError("")
  9. # >> [1, 2, 3]
  10. # >> 3
  11.  

任意のオブジェクトにも使えます。いわゆるレコードに対するマッチも簡単にできるということです。

python code
  1. class Test(object):
  2.   def __init__(self, v1, v2):
  3.     self.v1 = v1
  4.     self.v2 = v2
  5.   def __repr__(self):
  6.     return "Test(%s, %s)"%(repr(self.v1), repr(self.v2))
  7. m = Match([1, Test(2, 3)])
  8. if m.when([1, m._class(Test, {"v1":2, "v2": m.v2})]):
  9.   print m.v2
  10. else:
  11.   False
  12. # >> 3
  13.  

オブジェクトに対するパターンマッチは__match__メソッドを定義するとカスタマイズできます。ここらのアイデアはScalaからいただきました。

python code
  1. class Test2(Test):
  2.   def __match__(self):
  3.     return {"value": self.v1 + self.v2}
  4. m = Match([1, 2, Test2(3,4)])
  5. if m.when([1,2, m._class(Test2, {"value": m.var})]):
  6.   m.var
  7. else:
  8.   False
  9. # >> 7
  10.  

結構いい感じな気がします。

ダウンロード

patternmatch.py

実装のお話

ソースコードはこんな感じ。

python code
  1. class Match(object):
  2.   class _var(str): pass
  3.   class _class(object):
  4.     def __init__(self, klass, attrs):
  5.       self.klass= klass
  6.       self.attrs= sorted(attrs.iteritems())
  7.     def match(self, m, obj):
  8.       props = getattr(obj, "__match__", lambda: obj.__dict__)()
  9.       return issubclass(obj.__class__, self.klass) and \
  10.             m.when(self.attrs, sorted(props.iteritems()))
  11.   class _as(object):
  12.     def __init__(self, name, pattern = None):
  13.       self.name = name
  14.       self.pattern = pattern
  15.     def __call__(self, pattern):
  16.       self.pattern = pattern
  17.       return self
  18.  
  19.   def __init__(self, obj):
  20.     self.obj = obj
  21.     self.bind = {}
  22.  
  23.   def __getitem__(self, key):
  24.     if not self.bind.has_key(key):
  25.       if key.startswith("_as_"):
  26.         return self._as(self._var(key[4:]))
  27.       return self._var(key)
  28.     return self.bind[key]
  29.   __getattr__ = __getitem__
  30.   __call__ = lambda self, *a, **k : self.when(*a, **k)
  31.  
  32.   def when(self, pattern, obj = None):
  33.     if not obj: obj = self.obj
  34.     if isinstance(pattern, (self._var, self._class, self._as)):
  35.       if isinstance(obj, (list, tuple)):
  36.         pattern = [pattern]
  37.         obj = [obj]
  38.  
  39.     if not isinstance(obj, (list, tuple)) and \
  40.       not isinstance(pattern, (list, tuple)) :
  41.       obj = [obj]
  42.       pattern = [pattern]
  43.  
  44.     if not isinstance(obj, (list, tuple)) or \
  45.       not isinstance(pattern, (list, tuple)) :
  46.       self.bind = {}
  47.       return False
  48.  
  49.     if len(obj) != len(pattern):
  50.       if not ((pattern[-1].__class__ == self._var) and pattern[-1].startswith("__")):
  51.         self.bind = {}
  52.         return False
  53.  
  54.     for i, (value, pat) in enumerate(zip(obj, pattern)):
  55.       if value == pat:
  56.         continue
  57.       elif pat.__class__ == self._var and pat.startswith("__"):
  58.         self.bind[str(pat)] = obj[i:]
  59.         return True
  60.       elif pat.__class__ == self._var:
  61.         self.bind[str(pat)] = value
  62.       elif pat.__class__ == self._class:
  63.         if not pat.match(self, value):
  64.           self.bind ={}
  65.           return False
  66.       elif pat.__class__ == self._as:
  67.         if not self.when(pat.pattern, value):
  68.           self.bind ={}
  69.           return False
  70.         self.bind[str(pat.name)] = value
  71.       elif isinstance(value, (list, tuple)) and isinstance(pat, (list,tuple)):
  72.         if not self.when(pat, value):
  73.           self.bind = {}
  74.           return False
  75.       else:
  76.         self.bind = {}
  77.         return False
  78.  
  79.     return True
  80.  

まぁわりかしシンプルですね。

今年も終わりが近づいてまいりました。年をとると時間がすぎるのが速いナァ･･･と痛感しております。

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文学部文化学科卒という生粋の文系趣味プログラマ。

主にRuby、Javascript、PHP、JAVA,Python,C,Scala,Schemeなどを使っています。今はPythonな感じかもしれない。今後作曲活動なども復活するかもしれない。

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