14-解析无所不能的正则表达式

你好，我是悦创。

操作文件：regex.ipynb

在上个课时中，我们学会了如何用 Requests 来获取网页的源代码，得到 HTML 代码。但我们如何从 HTML 代码中获取真正想要的数据呢？

正则表达式就是一个有效的方法。

本课时中，我们将学习正则表达式的相关用法。正则表达式是处理字符串的强大工具，它有自己特定的语法结构。有了它，我们就能实现字符串的检索、替换、匹配验证。

当然，对于爬虫来说，有了它，要从 HTML 里提取想要的信息就非常方便了。

# 实例引入

说了这么多，可能我们对正则表达式的概念还是比较模糊，下面就用几个实例来看一下正则表达式的用法。

打开开源中国提供的正则表达式测试工具 http://tool.oschina.net/regex/open in new window，输入待匹配的文本，然后选择常用的正则表达式，就可以得出相应的匹配结果了。

例如，输入下面这段待匹配的文本：

Hello, my phone number is 010-86432100 and email is bornforthis@bornforthis.cn, and my website is https://bornforthis.cn.

这段字符串中包含了一个电话号码和一个电子邮件，接下来就尝试用正则表达式提取出来，如图所示。

在网页右侧选择 “匹配 Email 地址”，就可以看到下方出现了文本中的 E-mail。如果选择 “匹配网址 URL”，就可以看到下方出现了文本中的 URL。是不是非常神奇？

其实，这里使用了正则表达式的匹配功能，也就是用一定规则将特定的文本提取出来。

比方说，电子邮件是有其特定的组成格式的：一段字符串 + @ 符号 + 某个域名。而 URL 的组成格式则是协议类型 + 冒号加双斜线 + 域名和路径。

可以用下面的正则表达式匹配 URL：

[a-zA-z]+://[^\s]*

用这个正则表达式去匹配一个字符串，如果这个字符串中包含类似 URL 的文本，那就会被提取出来。

这个看上去乱糟糟的正则表达式其实有特定的语法规则。比如，a-z 匹配任意的小写字母，\s 匹配任意的空白字符，* 匹配前面任意多个字符。这一长串的正则表达式就是这么多匹配规则的组合。

写好正则表达式后，就可以拿它去一个长字符串里匹配查找了。不论这个字符串里面有什么，只要符合我们写的规则，统统可以找出来。对于网页来说，如果想找出网页源代码里有多少 URL，用 URL 的正则表达式去匹配即可。

下表中列出了常用的匹配规则：

看完之后，你可能有点晕晕的吧，不用担心，后面我们会详细讲解一些常见规则的用法。

其实正则表达式不是 Python 独有的，它也可以用在其他编程语言中。但是 Python 的 re 库提供了整个正则表达式的实现，利用这个库，可以在 Python 中使用正则表达式。

在 Python 中写正则表达式几乎都用这个库，下面就来了解它的一些常用方法。

# match

首先介绍一个常用的匹配方法 —— match，向它传入要匹配的字符串，以及正则表达式，就可以检测这个正则表达式是否匹配字符串。

match 方法会尝试从字符串的起始位置匹配正则表达式，如果匹配，就返回匹配成功的结果；如果不匹配，就返回 None。

示例如下：

import re

content = 'Hello 123 4567 World_This is a Regex Demo'
print(len(content))
result = re.match('^Hello\s\d\d\d\s\d{4}\s\w{10}', content)
print(result)
print(result.group())
print(result.span())

运行结果如下：

41
<_sre.SRE_Match object; span=(0, 25), match='Hello 123 4567 World_This'>
Hello 123 4567 World_This
(0, 25)

这里首先声明了一个字符串，其中包含英文字母、空白字符、数字等。接下来，我们写一个正则表达式：

^Hello\s\d\d\d\s\d{4}\s\w{10}

用它来匹配这个长字符串。开头的 ^ 匹配字符串的开头，也就是以 Hello 开头； \s 匹配空白字符，用来匹配目标字符串的空格；\d 匹配数字，3 个 \d 匹配 123；再写 1 个 \s 匹配空格；后面的 4567，其实依然能用 4 个 \d 来匹配，但是这么写比较烦琐，所以后面可以跟 {4} 代表匹配前面的规则 4 次，也就是匹配 4 个数字；后面再紧接 1 个空白字符，最后\w{10} 匹配 10 个字母及下划线。

我们注意到，这里并没有把目标字符串匹配完，不过依然可以进行匹配，只不过匹配结果短一点而已。

而在 match 方法中，第一个参数传入正则表达式，第二个参数传入要匹配的字符串。

打印输出结果，可以看到结果是 SRE_Match 对象，这证明成功匹配。该对象有两个方法：group 方法可以输出匹配的内容，结果是 Hello 123 4567 World_This，这恰好是正则表达式规则所匹配的内容；span 方法可以输出匹配的范围，结果是 (0, 25)，这就是匹配到的结果字符串在原字符串中的位置范围。

通过上面的例子，我们基本了解了如何在 Python 中使用正则表达式来匹配一段文字。

# 匹配目标

刚才我们用 match 方法得到了匹配到的字符串内容，但当我们想从字符串中提取一部分内容，该怎么办呢？

就像最前面的实例一样，要从一段文本中提取出邮件或电话号码等内容。我们可以使用 () 括号将想提取的子字符串括起来。() 实际上标记了一个子表达式的开始和结束位置，被标记的每个子表达式会依次对应每一个分组，调用 group 方法传入分组的索引即可获取提取的结果。

示例如下：

import re

content = 'Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'
result = re.match('^Hello\s(\d+)\sWorld', content)
print(result)
print(result.group())
print(result.group(1))
print(result.span())

这里我们想把字符串中的 1234567 提取出来，此时可以将数字部分的正则表达式用 () 括起来，然后调用了 group(1) 获取匹配结果。

运行结果如下：

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 19), match='Hello 1234567 World'>
Hello 1234567 World
1234567
(0, 19)

可以看到，我们成功得到了 1234567。这里用的是 group(1)，它与 group() 有所不同，后者会输出完整的匹配结果，而前者会输出第一个被 () 包围的匹配结果。假如正则表达式后面还有 () 包括的内容，那么可以依次用 group(2)、group(3) 等来获取。

# 通用匹配

刚才我们写的正则表达比较复杂，出现空白字符我们就写 \s 匹配，出现数字我们就用 \d 匹配，这样的工作量非常大。

我们还可以用一个万能匹配来减少这些工作，那就是 .*。其中 . 可以匹配任意字符（除换行符），* 代表匹配前面的字符无限次，它们组合在一起就可以匹配任意字符了。有了它，我们就不用挨个字符的匹配了。

接着上面的例子，我们可以改写一下正则表达式：

import re

content = 'Hello 123 4567 World_This is a Regex Demo'
result = re.match('^Hello.*Demo$', content)
print(result)
print(result.group())
print(result.span())

这里我们将中间部分直接省略，全部用 .* 来代替，最后加一个结尾字符就好了。

运行结果如下：

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 41), match='Hello 123 4567 World_This is a Regex Demo'>
Hello 123 4567 World_This is a Regex Demo
(0, 41)

可以看到，group 方法输出了匹配的全部字符串，也就是说我们写的正则表达式匹配到了目标字符串的全部内容；span 方法输出 (0, 41)，这是整个字符串的长度。

因此，我们可以使用 .* 简化正则表达式的书写。

# 贪婪与非贪婪

使用上面的通用匹配 .* 时，有时候匹配到的并不是我们想要的结果。

看下面的例子：

import re

content = 'Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'
result = re.match('^He.*(\d+).*Demo$', content)
print(result)
print(result.group(1))

这里我们依然想获取中间的数字，所以中间依然写的是 (\d+)。由于数字两侧的内容比较杂乱，所以略写成 .*。最后，组成 ^He.*(\d+).*Demo$，看样子并没有什么问题。

我们看下运行结果：

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 40), match='Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'>
7

奇怪的事情发生了，我们只得到了 7 这个数字，这是怎么回事呢？

这里就涉及一个贪婪匹配与非贪婪匹配的问题了。在贪婪匹配下，.* 会匹配尽可能多的字符。正则表达式中 .* 后面是 \d+，也就是至少一个数字，并没有指定具体多少个数字，因此，.* 就尽可能匹配多的字符，这里就把 123456 匹配了，给 \d+ 留下一个可满足条件的数字 7，最后得到的内容就只有数字 7 了。

这显然会给我们带来很大的不便。有时候，匹配结果会莫名其妙少了一部分内容。其实，这里只需要使用非贪婪匹配就好了。非贪婪匹配的写法是 .*?，多了一个 ？，那么它可以达到怎样的效果？

我们再用实例看一下：

import re

content = 'Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'
result = re.match('^He.*?(\d+).*Demo$', content)
print(result)
print(result.group(1))

这里我们只是将第一个 .* 改成了 .*?，转变为非贪婪匹配。

结果如下：

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 40), match='Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'>
1234567

此时就可以成功获取 1234567 了。原因可想而知，贪婪匹配是尽可能匹配多的字符，非贪婪匹配就是尽可能匹配少的字符。当 .*? 匹配到 Hello 后面的空白字符时，再往后的字符就是数字了，而 \d+ 恰好可以匹配，那么 .*? 就不再进行匹配，交给 \d+ 去匹配后面的数字。这样 .*? 匹配了尽可能少的字符，\d+ 的结果就是 1234567 了。

所以，在做匹配的时候，字符串中间尽量使用非贪婪匹配，也就是用 .*? 来代替 .*，以免出现匹配结果缺失的情况。

但需要注意的是，如果匹配的结果在字符串结尾，.*? 就有可能匹配不到任何内容了，因为它会匹配尽可能少的字符。例如：

import re

content = 'http://weibo.com/comment/kEraCN'
result1 = re.match('http.*?comment/(.*?)', content)
result2 = re.match('http.*?comment/(.*)', content)
print('result1', result1.group(1))
print('result2', result2.group(1))

运行结果如下：

result1 
result2 kEraCN

可以观察到，.*? 没有匹配到任何结果，而 .* 则尽量匹配多的内容，成功得到了匹配结果。

# 修饰符

正则表达式可以包含一些可选标志修饰符来控制匹配的模式。修饰符被指定为一个可选的标志。

我们用实例来看一下：

import re

content = '''Hello 1234567 World_This
is a Regex Demo
'''
result = re.match('^He.*?(\d+).*?Demo$', content)
print(result.group(1))

和上面的例子相仿，我们在字符串中加了换行符，正则表达式还是一样的，用来匹配其中的数字。看一下运行结果：

AttributeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-18-c7d232b39645> in <module>()
      5 '''
      6 result = re.match('^He.*?(\d+).*?Demo$', content)
----> 7 print(result.group(1))

AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'group'

运行直接报错，也就是说正则表达式没有匹配到这个字符串，返回结果为 None，而我们又调用了 group 方法导致 AttributeError。

为什么加了一个换行符，就匹配不到了呢？

这是因为我们匹配的是除换行符之外的任意字符，当遇到换行符时，.*? 就不能匹配了，导致匹配失败。

这里只需加一个修饰符 re.S，即可修正这个错误：

result = re.match('^He.*?(\d+).*?Demo$', content, re.S)

这个修饰符的作用是匹配包括换行符在内的所有字符。

此时运行结果如下：

1234567

这个 re.S 在网页匹配中经常用到。因为 HTML 节点经常会有换行，加上它，就可以匹配节点与节点之间的换行了。

另外，还有一些修饰符，在必要的情况下也可以使用，如表所示：

在网页匹配中，较为常用的修饰符有 re.S 和 re.I。

# 转义匹配

我们知道正则表达式定义了许多匹配模式，如匹配除换行符以外的任意字符，但如果目标字符串里面就包含 .，那该怎么办呢？

这里就需要用到转义匹配了，示例如下：

import re

content = '(百度) www.baidu.com'
result = re.match('\(百度 \) www\.baidu\.com', content)
print(result)

当遇到用于正则匹配模式的特殊字符时，在前面加反斜线转义一下即可。例 . 就可以用 \. 来匹配。

运行结果如下：

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 17), match='(百度) www.baidu.com'>

可以看到，这里成功匹配到了原字符串。

这些是写正则表达式常用的几个知识点，熟练掌握它们对后面写正则表达式匹配非常有帮助。

# search

前面提到过，match 方法是从字符串的开头开始匹配的，一旦开头不匹配，那么整个匹配就失败了。

我们看下面的例子：

import re

content = 'Extra stings Hello 1234567 World_This is a Regex Demo Extra stings'
result = re.match('Hello.*?(\d+).*?Demo', content)
print(result)

这里的字符串以 Extra 开头，但是正则表达式以 Hello 开头，整个正则表达式是字符串的一部分，但是这样匹配是失败的。

运行结果如下：

None

因为 match 方法在使用时需要考虑到开头的内容，这在做匹配时并不方便。它更适合用来检测某个字符串是否符合某个正则表达式的规则。

这里有另外一个方法 search，它在匹配时会扫描整个字符串，然后返回第一个成功匹配的结果。也就是说，正则表达式可以是字符串的一部分，在匹配时，search 方法会依次扫描字符串，直到找到第一个符合规则的字符串，然后返回匹配内容，如果搜索完了还没有找到，就返回 None。

我们把上面代码中的 match 方法修改成 search，再看下运行结果：

<_sre.SRE_Match object; span=(13, 53), match='Hello 1234567 World_This is a Regex Demo'>
1234567

这时就得到了匹配结果。

因此，为了匹配方便，我们可以尽量使用 search 方法。

下面再用几个实例来看看 search 方法的用法。

这里有一段待匹配的 HTML 文本，接下来我们写几个正则表达式实例来实现相应信息的提取：

html = '''
<div id="songs-list">
    <h2 class="title">经典老歌</h2>
    <p class="introduction">
        经典老歌列表
    </p>
    <ul id="list" class="list-group">
        <li data-view="2">一路上有你</li>
        <li data-view="7">
            <a href="/2.mp3" singer="任贤齐">沧海一声笑</a>
        </li>
        <li data-view="4" class="active">
            <a href="/3.mp3" singer="齐秦">往事随风</a>
        </li>
        <li data-view="6"><a href="/4.mp3" singer="beyond">光辉岁月</a></li>
        <li data-view="5"><a href="/5.mp3" singer="陈慧琳">记事本</a></li>
        <li data-view="5">
            <a href="/6.mp3" singer="邓丽君">但愿人长久</a>
        </li>
    </ul>
</div>
'''

可以观察到，ul 节点里有许多 li 节点，其中 li 节点中有的包含 a 节点，有的不包含 a 节点，a 节点还有一些相应的属性 —— 超链接和歌手名。

首先，我们尝试提取 class为 active 的 li 节点内部超链接包含的歌手名和歌名，此时需要提取第三个 li 节点下 a 节点的 singer 属性和文本。

此时，正则表达式可以用 li 开头，然后寻找一个标志符 active，中间的部分可以用 .*? 来匹配。

接下来，要提取 singer 这个属性值，所以还需要写入 singer="(.*?)"，这里需要提取的部分用小括号括起来，以便用 group 方法提取出来，它的两侧边界是双引号。

然后还需要匹配 a 节点的文本，其中它的左边界是 >，右边界是 </a>。目标内容依然用 (.*?) 来匹配，所以最后的正则表达式就变成了：

<li.*?active.*?singer="(.*?)">(.*?)</a>

然后再调用 search 方法，它会搜索整个 HTML 文本，找到符合正则表达式的第一个内容返回。

另外，由于代码有换行，所以这里第三个参数需要传入 re.S。整个匹配代码如下：

result = re.search('<li.*?active.*?singer="(.*?)">(.*?)</a>', html, re.S) 
if result:
    print(result.group(1), result.group(2))

由于需要获取的歌手和歌名都已经用小括号包围，所以可以用 group 方法获取。

运行结果如下：

齐秦 往事随风

可以看到，这正是 class 为 active 的 li 节点内部的超链接包含的歌手名和歌名。

如果正则表达式不加 active（也就是匹配不带 class 为 active 的节点内容），那会怎样呢？我们将正则表达式中的 active 去掉。

代码改写如下：

result = re.search('<li.*?singer="(.*?)">(.*?)</a>', html, re.S)
if result:
    print(result.group(1), result.group(2))

由于 search 方法会返回第一个符合条件的匹配目标，这里结果就变了：

任贤齐 沧海一声笑

把 active 标签去掉后，从字符串开头开始搜索，此时符合条件的节点就变成了第二个 li 节点，后面的不再匹配，所以运行结果变成第二个 li 节点中的内容。

注意，在上面的两次匹配中，search 方法的第三个参数都加了 re.S，这使得 .*? 可以匹配换行，所以含有换行的 li 节点被匹配到了。如果我们将其去掉，结果会是什么？

代码如下：

result = re.search('<li.*?singer="(.*?)">(.*?)</a>', html)
if result:
    print(result.group(1), result.group(2))

运行结果如下：

beyond 光辉岁月

可以看到，结果变成了第四个 li 节点的内容。这是因为第二个和第三个 li 节点都包含了换行符，去掉 re.S 之后，.*? 已经不能匹配换行符，所以正则表达式不会匹配到第二个和第三个 li 节点，而第四个 li 节点中不包含换行符，所以成功匹配。

由于绝大部分的 HTML 文本都包含了换行符，所以尽量都需要加上 re.S 修饰符，以免出现匹配不到的问题。

# findall

前面我们介绍了 search 方法的用法，它可以返回匹配正则表达式的第一个内容，但是如果想要获取匹配正则表达式的所有内容，那该怎么办呢？这时就要借助 findall 方法了。

该方法会搜索整个字符串，然后返回匹配正则表达式的所有内容。

还是上面的 HTML 文本，如果想获取所有 a 节点的超链接、歌手和歌名，就可以将 search 方法换成 findall 方法。如果有返回结果的话，就是列表类型，所以需要遍历一下来依次获取每组内容。

代码如下：

results = re.findall('<li.*?href="(.*?)".*?singer="(.*?)">(.*?)</a>', html, re.S)
print(results)
print(type(results))
for result in results:
    print(result)
    print(result[0], result[1], result[2])

运行结果如下：

[('/2.mp3', ' 任贤齐 ', ' 沧海一声笑 '), ('/3.mp3', ' 齐秦 ', ' 往事随风 '), ('/4.mp3', 'beyond', ' 光辉岁月 '), ('/5.mp3', ' 陈慧琳 ', ' 记事本 '), ('/6.mp3', ' 邓丽君 ', ' 但愿人长久 ')]
<class 'list'>
('/2.mp3', ' 任贤齐 ', ' 沧海一声笑 ')
/2.mp3 任贤齐 沧海一声笑
('/3.mp3', ' 齐秦 ', ' 往事随风 ')
/3.mp3 齐秦 往事随风
('/4.mp3', 'beyond', ' 光辉岁月 ')
/4.mp3 beyond 光辉岁月
('/5.mp3', ' 陈慧琳 ', ' 记事本 ')
/5.mp3 陈慧琳 记事本
('/6.mp3', ' 邓丽君 ', ' 但愿人长久 ')
/6.mp3 邓丽君 但愿人长久

可以看到，返回的列表中的每个元素都是元组类型，我们用对应的索引依次取出即可。

如果只是获取第一个内容，可以用 search 方法。当需要提取多个内容时，可以用 findall 方法。

# sub

除了使用正则表达式提取信息外，有时候还需要借助它来修改文本。比如，想要把一串文本中的所有数字都去掉，如果只用字符串的 replace 方法，那就太烦琐了，这时可以借助 sub 方法。

示例如下：

import re

content = '54aK54yr5oiR54ix5L2g'
content = re.sub('\d+', '', content)
print(content)

运行结果如下：

aKyroiRixLg

这里只需要给第一个参数传入 \d+ 来匹配所有的数字，第二个参数替换成的字符串（如果去掉该参数的话，可以赋值为空），第三个参数是原字符串。

在上面的 HTML 文本中，如果想获取所有 li 节点的歌名，直接用正则表达式来提取可能比较烦琐。比如，可以写成这样子：

results = re.findall('<li.*?>\s*?(<a.*?>)?(\w+)(</a>)?\s*?</li>', html, re.S)
for result in results:
    print(result[1])

运行结果如下：

一路上有你
沧海一声笑
往事随风
光辉岁月
记事本
但愿人长久

此时借助 sub 方法就比较简单了。可以先用 sub 方法将 a 节点去掉，只留下文本，然后再利用 findall 提取就好了：

html = re.sub('<a.*?>|</a>', '', html)
print(html)
results = re.findall('<li.*?>(.*?)</li>', html, re.S)
for result in results:
    print(result.strip())

运行结果如下：

<div id="songs-list">
    <h2 class="title"> 经典老歌 </h2>
    <p class="introduction">
        经典老歌列表
    </p>
    <ul id="list" class="list-group">
        <li data-view="2"> 一路上有你 </li>
        <li data-view="7">
            沧海一声笑
        </li>
        <li data-view="4" class="active">
            往事随风
        </li>
        <li data-view="6"> 光辉岁月 </li>
        <li data-view="5"> 记事本 </li>
        <li data-view="5">
            但愿人长久
        </li>
    </ul>
</div>
一路上有你
沧海一声笑
往事随风
光辉岁月
记事本
但愿人长久

可以看到，a 节点经过 sub 方法处理后就没有了，随后我们通过 findall 方法直接提取即可。

通过以上例子，你会发现，在适当的时候，借助 sub 方法可以起到事半功倍的效果。

# compile

前面所讲的方法都是用来处理字符串的方法，最后再介绍一下 compile 方法，这个方法可以将正则字符串编译成正则表达式对象，以便在后面的匹配中复用。

示例代码如下：

import re

content1 = '2019-12-15 12:00'
content2 = '2019-12-17 12:55'
content3 = '2019-12-22 13:21'
pattern = re.compile('\d{2}:\d{2}')
result1 = re.sub(pattern, '', content1)
result2 = re.sub(pattern, '', content2)
result3 = re.sub(pattern, '', content3)
print(result1, result2, result3)

这里有 3 个日期，我们想分别将 3 个日期中的时间去掉，这时可以借助 sub 方法。该方法的第一个参数是正则表达式，但是我们没有必要重复写 3 个同样的正则表达式。此时可以借助 compile 方法将正则表达式编译成一个正则表达式对象，以便复用。

运行结果如下：

2019-12-15  2019-12-17  2019-12-22

另外，compile 还可以传入修饰符，例如 re.S 等修饰符，这样在 search、findall 等方法中就不需要额外传了。所以，compile 方法可以说是给正则表达式做了一层封装，以便我们更好的复用。

到此，正则表达式的基本用法就介绍完了。后面我会通过具体的实例来讲解正则表达式的用法。

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