Python基础篇（九）-- 正则表达式

        ref="/tag/362.html" class="superseo">正则表达式是一种用来匹配字符串的强有力的武器。它的设计思想是用一种描述性的语言来给字符串定义一个规则，凡是符合规则的字符串，我们就认为它“匹配”了，否则，该字符串就是不合法的。

1 正则表达式 1.1 定位符

        行定位符就是用来描述字符串的边界，“^”表示行的开始，“$”表示行的结尾。

^tm     # 表示要匹配字符串tm的开始位置是行头
tm$     # 表示要匹配字符串tm的结束位置是行尾

1.2 元字符

        除了上一节介绍的元字符“^”和“$”外，正则表达式还有更多的元字符，见下图。

图1 常用元字符

        假设你在一篇英文小说里查找hi，你可以使用正则表达式hi。不幸的是，很多单词里包含hi这两个连续的字符，比如him,history,high等等。用hi来查找的话，这里边的hi也会被找出来。如果要精确地查找hi这个单词的话，我们应该使用\bhi\b。

        \b是正则表达式规定的一个特殊代码（某些地方叫它元字符，metacharacter），代表着单词的开头或结尾，也就是单词的分界处。虽然通常英文的单词是由空格，标点符号或者换行来分隔的，但是\b并不匹配这些单词分隔字符中的任何一个，它只匹配一个位置。

1.3 限定符

        我们知道，使用(\w*)匹配任意数量的字母或数字，如果想匹配特定数量的数字，就需要使用限定符(指定数量的字符)来实现该功能，如果匹配8位QQ号可用如下表达式：

^\d{8}$

图2 常用限定符 1.4 字符类

        正则表达式查找数字和字母是很简单的，因为已经有了对应这些字符集合的元字符（如\d、\w)，但是如果要匹配没有预定义元字符的字符集合(比如元音字母a, e, i, o, u)，应该怎么办？

        很简单，只需要在方括号里列出它们就行了，像[aeiou]可以匹配任何一个英文元音字母，[.?!]匹配标点符号(“.” “?”或“!”)。也可以轻松地指定一个字符范围，像[0-9]代表的含义与\d就是完全一致的：一位数字；同理，[a-z0-9A-Z_]完全等同于\w(如果只考虑英文的话)。

        说明：要想匹配给定字符串中任意一个汉字，可以使用[\u4e00-\u9fa5]；如果要匹配连续多个汉字，可以使用[\u4e00-\u9fa5]+。

1.5 排除字符

        在1.1小节列出的是匹配符合指定字符集合的字符串。现在反过来，匹配不符合指定字符集合的字符串。正则表达式提供了^字符。这个元字符在1.1小节中出现过，表示行的开始。而这里将会放到方括号中，表示排除的意思。例如:

[^a-zA-Z]

        该表达式用于匹配一个不是字母的字符串。

1.6 选择字符

        试想一下，如何匹配身份z号码？首先需要了解一下身份z号码的规则。身份z号码长度为15位或者18位。如果为15位时，则全为数字；如果为18位时，前17位为数字，最后一位是校验位，可能为数字或字符X。
在上面的描述中，包含着条件选择的逻辑，这就需要使用选择字符(|)来实现。该字符可以理解为‘或’，匹配身份z的表达式可以写成如下方式：

(^\d{15}$)|(^\d{18}$)|(^\d{17})(\d|X|x)$)

        该表达式的意思是以匹配15位数字，或者18位数字，或者17位数字和最后一位。最后一位可以是数字，也可以是X或者x。

1.7 转义字符

        正则表达式中的转义字符()和Python中的大同小异，都是将特殊字符（如“”“?”“|”等）变为普通的字符。举一个IP地址的实例，用正则表达式匹配诸如“127.0.0.1”格式的IP地址。如果直接使用点字符，格式为:

[1-9]{1,3}.[0-9]{1,3}.[0-9]{1,3}.[0-9]{1,3}

        这显然不对，因为“.”可以匹配一个任意字符。这时，不仅是127.0.0.1这样的IP，连127101011这样的字符串也会被匹配出来。所以在使用“.”时，需要使用转义字符)。修改后上面的正则表达式格式为:

[1-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}

1.8 分组

        通过1.6小节中的例子，相信读者已经对小括号的作用有了一定的了解。小括号字符的第一个作用就是可以改变限定符的作用范围，如“|”、“*”、“^”等。例如下面的表达式中包含小括号。

(six|four)th

        这个表达式的意思是匹配单词sixth或fourth，如果不使用小括号，那么就变成了匹配单词six和fourth了。
小括号的第二个作用是分组，也就是子表达式。如(\.[0-9]{1,3}){3}，就是对分组(\.[0-9]{1,3})进行重复 *** 作。

        由于模式字符串中可能包括大量的特殊字符和反斜杠，所以需要写为原生字符串，即在模式字符串前加r或R。例如，模式字符串采用原生字符串表示为:

r`\bm\w*\b`

        推荐几个正则表达式在线测试工具，

• 菜鸟工具：https://c.runoob.com/front-end/854/
• Regulex：https://jex.im/regulex/#!flags=&re=%5B0-9%5D%2B
• RegExr：https://regexr.com/

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2 Re模块

        Python提供了re模块，用于实现正则表达式的 *** 作。在实现时，可以使用re模块提供的方法（如search()、match()、findall()等）进行字符串处理，也可以先使用re模块的compile()方法将模式字符串转换为正则表达式对象，然后再使用该正则表达式对象的相关方法来 *** 作字符串。下面是re模块中的核心函数。

2.1 编译表达式

        compile函数用于编译正则表达式，生成一个正则表达式(Pattern)对象，供 match()和search()这两个函数使用。]
参数说明：

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。常用的标志如图3所示。

图3 常用标志

语法格式为：

re.compile(pattern[, flags])

2.2 匹配字符串

        匹配字符串可以使用re模块提供的match()、search()、findall()等方法。

1. 使用match()方法进行匹配

        match()方法用于从字符串的开始处进行匹配，如果在起始位置匹配成功，则返回Match对象，否则返回None。其语法格式如下:

re.match(pattern, string, [flags])

参数说明：

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• string：表示要匹配的字符串。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。常用的标志如图3所示。

例如，匹配字符串是否以mr_开头，不区分字母大小写，代码如下:

import re
pattern = re.compile(r'mr_\w+', re.I)   # 模式字符串，不区分大小写
string1 = 'MR_SHOP mr_shop'  # 要匹配的字符串
m1 = pattern.match(string1)
print(m1)   # 
string2 = '项目名称 MR_SHOP mr_shop'   
m2 = pattern.match(string2)
print(m2)   # None

        由上面的结果我们可以看到，match()方法从字符串的开始位置开始匹配，如果匹配成功，则返回一个Match对象包含了匹配值的位置和匹配数据。其中，要获取匹配值的起始位置可以使用Match对象的start()方法；要获取匹配值的结束位置可以使用end()方法；通过span()方法可以返回匹配位置的元组；通过string属性可以获取要匹配的字符串。例如下面的代码:

import re

pattern = re.compile(r'mr_\w+', re.I)  # 模式字符串，不区分大小写
string1 = 'MR_SHOP mr_shop'  # 要匹配的字符串
m1 = pattern.match(string1)

print('匹配值的起始位置：', m1.start())
print('匹配值的结束位置：', m1.end())
print('匹配位置的元组：', m1.span())
print('要匹配的字符串：', m1.string)
print('匹配数据：', m1.group())

执行结果如下：

匹配值的起始位置： 0
匹配值的结束位置： 7
匹配位置的元组： (0, 7)
要匹配的字符串： MR_SHOP mr_shop
匹配数据： MR_SHOP

2. 使用search()方法进行匹配
        search()方法用于在整个字符串中搜索第一个匹配的值，如果匹配成功，则返回Match对象，否则返回None。search()方法的语法格式如下:

re.search(pattern, string, [flags])

参数说明：

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• string：表示要匹配的字符串。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。

        搜索第一个以mr_开头的字符串，不区分字母大小写，代码如下:

import re

pattern = re.compile(r'mr_\w+', re.I)  # 模式字符串，不区分大小写
string1 = 'MR_SHOP mr_shop'  # 要匹配的字符串
match = pattern.search(string1)
print(match)
string2 = '项目名称 MR_SHOP mr_shop'  
match = pattern.search(string2)
print(match)

执行结果如下：

3. 使用findall()方法进行匹配

        findall()方法用于在整个字符串中搜索所有符合正则表达式的字符串，并以列表的形式返回。如果匹配成功，则返回包含匹配结构的列表，否则返回空列表。findall()方法的语法格式如下:

re.findall(pattern, string, [flags])

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• string：表示要匹配的字符串。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。

        搜索以mr_开头的字符串，不区分字母大小写，代码如下:

import re

pattern = re.compile(r'mr_\w+', re.I)  # 模式字符串，不区分大小写
string1 = 'MR_SHOP mr_shop'  # 要匹配的字符串
m1 = pattern.match(string1)
string2 = '项目名称 MR_SHOP mr_shop'
m2 = pattern.match(string2)
match = pattern.findall(string1)
print(match)
match = pattern.findall(string2)
print(match)

执行结果如下：

[‘MR_SHOP’, ‘mr_shop’]
[‘MR_SHOP’, ‘mr_shop’]

2.3 替换字符串

        sub()方法用于实现字符串替换，语法格式如下：

re.sub(pattern, repl, string, count, flags)

参数说明：

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• repl：表示替换的字符串。
• string：表示要被查找替换的原始字符串。
• count：可选参数，表示模式匹配后替换的最大次数，默认值为0，表示替换所有的匹配。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。

        替换敏感字符，代码如下：

import re
pattern = re.compile(r'(黑客)|(抓包)|(监听)|(Trojan)')
string = "我是一名程序员，我喜欢看黑客方面的书，想研究一下Trojan。\n"
sub = pattern.sub('@_@', string)
print(sub)  # 输出为：我是一名程序员，我喜欢看@_@方面的书，想研究一下@_@。

2.4 分割字符串

        split()方法用于实现根据正则表达式分割字符串，并以列表的形式返回。其作用同字符串对象的split()方法类似，所不同的就是分割字符由模式字符串指定。split()方法的语法格式如下:

re.split(pattern, string, [maxsplit], [flags])

参数说明：

• pattern：表示模式字符串，由要匹配的正则表达式转换而来。
• string：表示要匹配的字符串。
• maxsplit：可选参数，表示最大的拆分次数。
• flags：可选参数，表示标志位，用于控制匹配方式，如是否区分字母大小写。

        例如，从给定的URL地址中提取出请求地址和各个参数，代码如下:

pattern = re.compile(r'[?|&]')
url = 'http://www.mingrisoft.com/login.jsp?username="mr"&pwd="mrsoft"'
result = pattern.split(url)
print(result)   # 输出为：['http://www.mingrisoft.com/login.jsp', 'username="mr"', 'pwd="mrsoft"']

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小结：

函数	说明
re.compile(pattern, flags=0)	编译正则表达式返回正则表达式对象
re.match(pattern, string, flags=0)	用正则表达式匹配字符串 成功返回匹配对象 否则返回None
re.search(pattern, string, flags=0)	搜索字符串中第一次出现正则表达式的模式 成功返回匹配对象 否则返回None
re.split(pattern, string, maxsplit=0, flags=0)	用正则表达式指定的模式分隔符拆分字符串 返回列表
re.sub(pattern, repl, string, count=0, flags=0)	用指定的字符串替换原字符串中与正则表达式匹配的模式 可以用count指定替换的次数
re.fullmatch(pattern, string, flags=0)	match函数的完全匹配（从字符串开头到结尾）版本
re.findall(pattern, string, flags=0)	查找字符串所有与正则表达式匹配的模式 返回字符串的列表
re.finditer(pattern, string, flags=0)	查找字符串所有与正则表达式匹配的模式 返回一个迭代器
re.purge()	清除隐式编译的正则表达式的缓存
re.I / re.IGNORECASE	忽略大小写匹配标记
re.M / re.MULTILINE	多行匹配标记

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参考

• 正则表达式30分钟入门教程：https://deerchao.cn/tutorials/regex/regex.htm
• 字符串和正则表达式：https://github.com/jackfrued/Python-100-Days/blob/master/Day01-15
• Python3 正则表达式：https://www.runoob.com/python3/python3-reg-expressions.html