Python最新几个版本的特性

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平时使用 Python 基本上使用的都是 3.9 以下的版本，所以对于新版本的一些特性都不太了解，今天学习一下

Python 的主要版本列表及特性：

Python 1.x 系列

Python 1.0：1994 年 1 月 26 日发布，包括了基础的数据类型如字符串、列表和字典，以及模块系统。
Python 1.5：1997 年 12 月 31 日发布，引入了重要的改进，如包支持和增强的标准库。

Python 2.x 系列

Python 2.0：2000 年 10 月 16 日发布，引入了列表解析、垃圾回收系统和 Unicode 支持。
Python 2.2：2001 年发布，引入了新式类、迭代器和生成器。
Python 2.7：2010 年 7 月 3 日发布，作为 2.x 系列的最后一个版本，包含了许多 3.x 的特性，例如字典理解、集合理解和新的字符串格式化方法。Python 2.7 的官方支持已于 2020 年 1 月 1 日结束。

Python 3.x 系列

Python 3.0：2008 年 12 月 3 日发布，引入了许多重大变化，如 print 语句变为 print()函数、除法运算符/改为浮点除法，//用于整数除法、str 类型用于 Unicode 文本，bytes 类型用于二进制数据、标准库的重命名和重组等。
Python 3.1：2009 年发布，主要集中在性能改进和 bug 修复上，引入了改进的垃圾回收机制，提高了内存管理的效率；多线程支持得到了改进，提供了更好的线程安全性和性能；还引入了一些新的标准库和模块，包括 unittest 模块的改进和添加了 fractions 模块等。
Python 3.2：2011 年发布，引入了 concurrent.futures 模块，提供了一个高级的接口来处理并发任务；yield from 语法，简化了使用生成器的代码；functools.lru_cache 装饰器，提供了一个简单而有效的缓存机制。
Python 3.3：2012 年发布，引入了 yield 表达式，yield 语句可以作为表达式使用，可以将值发送给生成器；venv 模块，用于创建和管理虚拟环境；还引入了一些新的语法特性，如 yield from 语句，以及更好的异常链式处理。
Python 3.4：2014 年发布，引入了 asyncio 库，提供了一种基于协程的异步编程模型；enum 模块，用于定义枚举类型；pathlib 模块，提供了一种更简洁和面向对象的路径操作 API。
Python 3.5：2015 年发布，引入了 async/await 语法，使得异步编程更加简洁和易于理解；开始支持类型提示，通过给函数和变量添加类型注解，可以提供更好的代码可读性和静态类型检查；还引入了一些新的标准库模块，如 typing 模块用于类型提示，以及 zipapp 模块用于创建可执行的 ZIP 应用。
Python 3.6：2016 年发布，引入了格式化字符串字面值（f-strings），新的文件系统路径协议，以及更安全的哈希算法；字典保持插入顺序，使得字典的迭代顺序可预测；支持异常链式处理，可以在异常处理中显式地关联多个异常。
Python 3.7：2018 年发布，引入了数据类，通过使用简单的语法，可以自动为类生成一些常见的方法，如 init 和 repr；异步生成器语法，用于更方便地处理异步编程中的迭代器；上下文变量绑定语法，使得在 with 语句中可以将上下文管理器的结果绑定到一个变量。
Python 3.8：2019 年发布，引入了赋值表达式（海象操作符 :=），位置参数，和新的标准库模块 statistics；对 f-strings 进行了改进，支持在格式化字符串中使用等号和括号；对异步迭代器和异步生成器进行了改进，提供了更好的语法和性能。
Python 3.9：2020 年发布，引入了联合类型提示（X | Y），字符串方法的新功能和删除了一些过时的特性；字典合并运算符（|），用于合并两个字典；对类型提示进行了改进，支持更多的类型注解语法和类型推断；引入了一些新的标准库模块，如 zoneinfo 模块用于处理时区信息，以及 graphlib 模块用于处理图形数据结构。
Python 3.10：2021 年发布，引入了模式匹配（match-case 语句），改进了类型提示，和许多性能优化；对异常上下文进行了改进，使得异常的上下文信息更加结构化和易于访问；对 zoneinfo 模块进行了改进，提供了更好的时区支持和操作。
Python 3.11：2022 年发布，进一步优化了性能，简化了错误消息，并引入了更多的标准库更新和新特性。
Python 3.12：2023 年发布，包括进一步的性能改进、新的标准库模块和特性，以及更多的语法和类型提示更新。

新版特性详情

Python3.9

语法特性

字典合并与更新运算符：新增合并(|)与更新(|=)运算符，扩充了现有的 dict.update 和{**d1, **d2}字典合并方法，使字典操作更简洁直观。
标准多项集中的类型标注泛型：可以使用内置的多项集类型（如 list 和 dict）作为通用类型，不必再从 typing 导入对应的大写形式类型名，同时标准库中的一些其他类型也变为通用类型。
放宽对装饰器的语法限制：使装饰器的语法更加灵活，减少了一些不必要的限制，让代码编写更加自由。

内置特性

新增用于移除前缀和后缀的字符串方法：新增 str.removeprefix(prefix)和 str.removesuffix(suffix)方法，方便从字符串中移除不需要的前缀或后缀，同时 bytes、bytearray 和 collections.user 字符串也添加了相应方法。
import()特性修改：import() 现在会引发 ImportError 而不是 ValueError，使得在相对导入超出其最高层级包时，错误提示更准确。

标准库特性

灵活的函数和变量标注：提供了更灵活的函数和变量标注方式，使类型提示更加方便和准确，增强了代码的可读性和可维护性。
新增 os.pidfd_open()：允许不带竞争和信号的进程管理，提升了进程管理的效率和安全性。

解释器改进

从 C 扩展类型的方法快速访问模块状态：优化了从 C 扩展类型的方法访问模块状态的速度，提高了程序的运行效率。
CPython 现在使用基于 PEG 的新解析器：新解析器的性能与旧解析器大致相当，但在设计新语言特性时更加灵活，为后续版本的功能扩展奠定了基础。

新库模块

zoneinfo 模块：将 IANA 时区数据库包含于标准库的 zoneinfo 模块中，方便进行时区相关的操作和处理。
graphlib 模块：提供了图的拓扑排序实现，为处理图数据结构提供了便利。

其他特性

对部分模块进行了改进：如 random.Random.randbytes 方法可用于生成随机字节串，concurrent.futures.Executor.shutdown()新增 cancel_futures 形参，可取消尚未开始运行的所有挂起的 Future。
内置类型性能优化：一些内置类型如 range、tuple、set、frozenset、list、dict 等使用 PEP 590 向量调用进行了速度优化。
垃圾回收机制改进：垃圾回收不再阻塞在复活的对象上，提高了垃圾回收的效率和程序的稳定性。

Python3.10

语法特性

带括号的上下文管理器：允许在with语句中使用括号来定义多个上下文管理器，方便在同一个with块中初始化多个对象，使代码更简洁易读。
结构模式匹配：通过match和case语句实现，类似于其他语言中的switch语句，但更强大灵活，可用于对数据结构进行解构和模式匹配，根据不同的模式执行相应的操作。

类型系统特性

联合类型表示法简化：可以使用x | y的形式表示联合类型，取代之前的typing.Union，使类型注解更加简洁直观，并且可以作为isinstance()和issubclass()的第二个参数用于类型判断。
参数规范变量：引入了参数规范变量，允许在函数签名中更灵活地指定参数类型和返回值类型。
显式类型别名：可以使用TypeAlias来定义显式的类型别名，提高代码的可读性和可维护性。
用户定义的类型守卫：允许用户定义自己的类型守卫函数，用于在运行时检查对象的类型。

标准库特性

zip() 可选长度检查：zip()函数新增了一个可选的strict参数，当设置为True时，如果传入的可迭代对象长度不一致，将引发ValueError，避免了潜在的错误。
statistics 模块新增函数：statistics模块新增了一些用于计算多变量统计的函数，如multimode()用于返回出现次数最多的元素列表等。

解释器改进

更精确的行号：调试和其他工具的行号更加精确，有助于更快速准确地定位问题。
性能优化：str()、bytes()和bytearray()构造函数的速度有了显著提升，大约提高 30％-40%左右。

其他特性

改进的语法错误提示：语法错误提示更加清晰和易懂，包含更多上下文信息，如错误发生的具体位置和错误类型，还会突出显示构成语法错误的整个表达式的错误范围。
要求使用较新的 OpenSSL：需要使用 OpenSSL 1.1.1 或更新版本，以提高安全性。
弃用 distutils 模块：建议使用setuptools等替代方案，为未来的模块管理和打包机制改进做准备。

Python3.11

语法特性

模式匹配增强：引入了模式匹配，可以简化复杂的条件逻辑，还能进行结构模式匹配，针对整个数据结构匹配模式，主要通过以下几种方式简化复杂的条件逻辑：

替代冗长的 if-elif-else 语句

基本值匹配：对于简单的条件判断，如根据不同的整数或字符串值执行不同的操作，使用match和case语句可以使代码更加简洁直观。例如，判断一个整数是 0、1 还是其他值，传统的if-elif-else语句可能需要多行代码，而使用模式匹配可以写成：

match num:
    case 0:
        print("输入是零")
    case 1:
        print("输入是一")
    case _:
        print("输入是其他值")

多条件判断：在需要判断多个条件的情况下，match语句可以更清晰地表达逻辑。例如，根据一天中的不同时间段输出相应的问候语，使用match语句可以将多个时间范围的判断写得更加紧凑和易读：

match hour:
    case 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11:
        print('Good morning!')
    case 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18:
        print('Good afternoon!')
    case 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5:
        print('Good evening!')
    case _:
        print('Invalid time')

解构复杂数据结构

列表和元组解构：可以直接解构列表或元组中的元素，并根据解构后的元素进行条件判断和处理，减少了额外的索引操作和条件判断。例如，处理一个包含两个元素的列表，使用模式匹配可以直接将元素解构出来并进行操作：

match my_list:
    case (first, second):
        print(f"列表有两个元素，分别是{first}和{second}")
    case (_):
        print("列表只有一个元素")
    case (_ * rest):
        print(f"列表第一个元素任意，其余元素有{len(rest)}个")

字典解构：能够根据字典的键值对进行匹配和提取，方便对特定结构的字典进行处理。例如，验证一个字典是否包含特定的键值对，并根据不同的情况进行处理：

match user:
    case {"role": "admin", "active": True}:
        print("active admin")
    case {"role": "user", "active": False}:
        print("inactive user")
    case {"role": role}:
        print(f"role: {role}")
    case _:
        print("unknown")

模式匹配与守卫语句结合可以在case语句中添加守卫条件，进一步细化匹配的条件。当需要在匹配特定模式的基础上，再根据其他条件进行判断时，这种方式非常有用。例如，判断一个列表中的两个整数元素，只有在第一个元素大于第二个元素时才执行特定的操作：

match scores:
    case (int(score1), int(score2)) if score1 > score2:
        print(f'Score 1 ({score1}) is higher than Score 2 ({score2}).')
    case (int(score1), int(score2)):
        print(f'Score 1 ({score1}) and Score 2 ({score2}) have been recorded.')
    case _:
        print('Invalid scores format.')

处理嵌套结构支持对嵌套的数据结构进行模式匹配，使处理复杂的嵌套数据变得更加容易。例如，处理一个包含字典和列表的嵌套数据结构，通过模式匹配可以直接访问和提取其中的关键信息：

match data:
    case {"name": str(name), "details": {"age": int(age), "city": str(city)}}:
        print(f"{name} is {age} years old and lives in {city}")
    case _:
        print("invalid data")

内置特性

异常处理改进：PEP 654 引入了异常组和 except *，允许程序同时引发和处理多个不相关的异常；PEP 678 添加了 add_note()方法，可用于为异常添加上下文信息。
新的调试断点函数：引入了内置断点函数 breakpoint()，提供了一种标准而方便的方法在代码中设置断点进行调试，取代了传统的导入 pdb;pdb.set_trace()方法。

标准库特性

新增 tomllib 模块：PEP 680 使得标准库中新增了 tomllib 模块，用于支持解析 TOML 格式。

解释器改进

细粒度错误位置：PEP 657 使得在打印回溯时，解释器会指向导致错误的确切表达式，而不仅仅是行，有助于更快速准确地定位问题。
性能提升：通过改进解释器的循环检测和调用机制等，Python 3.11 比 Python 3.10 快 10%-60%，平均在标准基准测试套件上测得了 1.25 倍的加速。

类型系统特性

可变参数泛型：PEP 646 引入了可变参数泛型，使类型提示更加灵活和强大。
标记 TypedDict 项目：PEP 655 可以将单个 TypedDict 项目标记为必需或非必需。
Self 类型：PEP 673 新增了 Self 类型，方便在类方法中更简洁地标注返回值类型。
任意文本字符串类型：PEP 675 允许表示任意文本字符串类型，使得类型检查更加严格和准确。
数据类转换：PEP 681 添加了 typing.data_class_transform 装饰器，用于指示给定的函数、类或元类如何像数据类一样行为。

Python3.12

语法特性

类型参数语法和类型语句：PEP 695 引入了更紧凑和明确的方式来创建泛型类和函数，还可以使用type语句声明类型别名。
增强的 f-strings：PEP 701 对 f-strings 进行了改进，支持在花括号里写多行表达式，使字符串格式化更加灵活和强大。可以在花括号内进行条件判断等复杂操作，甚至可以在花括号内调用函数并传递参数。

解释器改进

每个子解释器一个 GIL：PEP 684 为每个子解释器配备独立的 GIL，提高了并发性能，使得在多线程或多子解释器环境下的程序运行更加高效。
低影响监控：PEP 669 实现了低影响监控，可在不显著影响性能的情况下对 Python 解释器进行监控和分析。
改进的异常处理：对异常处理机制进行了优化，性能提升高达 20%，还新增了更高效的异常组机制。

数据模型改进

不朽对象：PEP 683 引入了不朽对象，这些对象不参与引用计数，并且会一直存在直到 Python 解释器关闭，有助于提高 Python 的单进程并行性能。
使用缓冲协议：PEP 688 对使用缓冲协议进行了改进，使得在处理二进制数据时更加高效和灵活。

标准库更新

pathlib 模块改进：pathlib.Path类现在支持子类化，使得开发者可以根据自己的需求定制路径类的行为。
os 模块改进：对os模块进行了改进，特别是在 Windows 支持方面，使得文件系统操作更加稳定和高效。
sqlite3 模块新增命令行界面：为sqlite3模块添加了命令行界面，方便开发者直接在命令行中操作 SQLite 数据库。
uuid 模块新增命令行界面：为uuid模块添加了命令行界面，可方便地生成和操作 UUID。

类型系统特性

使用 TypedDict 标注：PEP 692 允许使用TypedDict来标注**kwargs，使得在处理可变关键字参数时的类型检查更加准确和方便。
typing.override()装饰器：PEP 698 增加了@typing.override装饰器，帮助开发者在重构使用方法重写的类继承层次结构时避免 bug，提高代码的可维护性。

性能优化

推导式内联：PEP 709 内联了所有的列表、字典和集合推导式，在最佳情况下可以提高两倍的性能。
更快的 super()调用：新的LOAD_SUPER_ATTR操作码优化了super().attr和super().method(...)形式的代码，减少了不必要的开销。
asyncio 性能提升：实现了更快的 C 语言版本的asyncio.current_task，并对异步任务创建进行了优化，在asyncio基准测试中显示了高达 5%的性能提升。

其他特性

C API 改进：包括 PEP 697 的不稳定 C API 层和其他一些对 C API 的优化和调整，使得在使用 C 扩展模块时更加方便和稳定。
Linux perf profiler 支持：Python 3.12 支持linuxperfprofiler，为性能分析提供了更多工具。
栈溢出保护：在支持的平台上实现了栈溢出保护，增强了程序的安全性和稳定性。

明天继续了解一下[[20250102-Raycast相见恨晚]]中提到的 Raycast 支持的几种脚本语言之一的 Ruby