Python学习记录——13.正则表达式

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-05-31 02:53 15阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  1.正则表达式简介
     *  2.正则表达式使用
     *  3.re模块
     *  4.切分字符串
     *  5.分组
     *  6.贪婪匹配
     *  7.编译

## 1.正则表达式简介 ##

字符串是编程时涉及到的最多的一种数据结构，对字符串进行操作的需求几乎无处不在。比如判断一个字符串是否是合法的Email地址，虽然可以编程提取`@`前后的子串，再分别判断是否是单词和域名，但这样做不但麻烦，而且代码难以复用。

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。

所以我们判断一个字符串是否是合法的Email的方法是：

1.  创建一个匹配Email的正则表达式；
2.  用该正则表达式去匹配用户的输入来判断是否合法。

因为正则表达式也是用字符串表示的，所以，我们要首先了解如何用字符来描述字符。

在正则表达式中，如果直接给出字符，就是精确匹配。用`\d`可以匹配一个数字，`\w`可以匹配一个字母或数字，所以：

*  `'00\d'`可以匹配`'007'`，但无法匹配`'00A'`；
 *  `'\d\d\d'`可以匹配`'010'`；
 *  `'\w\w\d'`可以匹配`'py3'`；

`.`可以匹配任意字符，所以：

*  `'py.'`可以匹配`'pyc'`、`'pyo'`、`'py!'`等等。

要匹配变长的字符，在正则表达式中，用`*`表示任意个字符（包括0个），用`+`表示至少一个字符，用`?`表示0个或1个字符，用`{n}`表示n个字符，用`{n,m}`表示n-m个字符：

来看一个复杂的例子：`\d{3}\s+\d{3,8}`。

我们来从左到右解读一下：

1.  `\d{3}`表示匹配3个数字，例如`'010'`；
2.  `\s`可以匹配一个空格（也包括Tab等空白符），所以`\s+`表示至少有一个空格，例如匹配`' '`，`' '`等；
3.  `\d{3,8}`表示3-8个数字，例如`'1234567'`。

综合起来，上面的正则表达式可以匹配以任意个空格隔开的带区号的电话号码。

如果要匹配`'010-12345'`这样的号码呢？由于`'-'`是特殊字符，在正则表达式中，要用`'\'`转义，所以，上面的正则是`\d{3}\-\d{3,8}`。

但是，仍然无法匹配`'010 - 12345'`，因为带有空格。所以我们需要更复杂的匹配方式。

## 2.正则表达式使用 ##

要做更精确地匹配，可以用`[]`表示范围，比如：

*  `[0-9a-zA-Z\_]`可以匹配一个数字、字母或者下划线；
 *  `[0-9a-zA-Z\_]+`可以匹配至少由一个数字、字母或者下划线组成的字符串，比如`'a100'`，`'0_Z'`，`'Py3000'`等等；
 *  `[a-zA-Z\_][0-9a-zA-Z\_]*`可以匹配由字母或下划线开头，后接任意个由一个数字、字母或者下划线组成的字符串，也就是Python合法的变量；
 *  `[a-zA-Z\_][0-9a-zA-Z\_]{0, 19}`更精确地限制了变量的长度是1-20个字符（前面1个字符+后面最多19个字符）。

`A|B`可以匹配A或B，所以`(P|p)ython`可以匹配`'Python'`或者`'python'`。

`^`表示行的开头，`^\d`表示必须以数字开头。

`$`表示行的结束，`\d$`表示必须以数字结束。

你可能注意到了，`py`也可以匹配`'python'`，但是加上`^py$`就变成了整行匹配，就只能匹配`'py'`了。

## 3.re模块 ##

有了准备知识，我们就可以在Python中使用正则表达式了。Python提供`re`模块，包含所有正则表达式的功能。由于Python的字符串本身也用`\`转义，所以要特别注意：

s = 'ABC\\-001' # Python的字符串
    # 对应的正则表达式字符串变成：
    # 'ABC\-001'

因此我们强烈建议使用Python的`r`前缀，就不用考虑转义的问题了：

s = r'ABC\-001' # Python的字符串
    # 对应的正则表达式字符串不变：
    # 'ABC\-001'

先看看如何判断正则表达式是否匹配：

>>> import re
    >>> re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$', '010-12345')
    <_sre.SRE_Match object; span=(0, 9), match='010-12345'>
    >>> re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$', '010 12345')
    >>>

`match()`方法判断是否匹配，如果匹配成功，返回一个`Match`对象，否则返回`None`。常见的判断方法就是：

test = '用户输入的字符串'
    if re.match(r'正则表达式', test):
        print('ok')
    else:
        print('failed')

## 4.切分字符串 ##

用正则表达式切分字符串比用固定的字符更灵活，请看正常的切分代码：

>>> 'a b c'.split(' ')
    ['a', 'b', '', '', 'c']

嗯，无法识别连续的空格，用正则表达式试试：

>>> re.split(r'\s+', 'a b c')
    ['a', 'b', 'c']

无论多少个空格都可以正常分割。加入`,`试试：

>>> re.split(r'[\s\,]+', 'a,b, c d')
    ['a', 'b', 'c', 'd']

再加入`;`试试：

>>> re.split(r'[\s\,\;]+', 'a,b;; c d')
    ['a', 'b', 'c', 'd']

如果用户输入了一组标签，下次记得用正则表达式来把不规范的输入转化成正确的数组。

## 5.分组 ##

除了简单地判断是否匹配之外，正则表达式还有提取子串的强大功能。用`()`表示的就是要提取的分组（Group）。比如：

`^(\d{3})-(\d{3,8})$`分别定义了两个组，可以直接从匹配的字符串中提取出区号和本地号码：

>>> m = re.match(r'^(\d{3})-(\d{3,8})$', '010-12345')
    >>> m
    <_sre.SRE_Match object; span=(0, 9), match='010-12345'>
    >>> m.group(0)
    '010-12345'
    >>> m.group(1)
    '010'
    >>> m.group(2)
    '12345'

如果正则表达式中定义了组，就可以在`Match`对象上用`group()`方法提取出子串来。

注意到`group(0)`永远是原始字符串，`group(1)`、`group(2)`……表示第1、2、……个子串。

提取子串非常有用。来看一个更凶残的例子：

>>> t = '19:05:30'
    >>> m = re.match(r'^(0[0-9]|1[0-9]|2[0-3]|[0-9])\:(0[0-9]|1[0-9]|2[0-9]|3[0-9]|4[0-9]|5[0-9]|[0-9])\:(0[0-9]|1[0-9]|2[0-9]|3[0-9]|4[0-9]|5[0-9]|[0-9])$', t)
    >>> m.groups()
    ('19', '05', '30')

这个正则表达式可以直接识别合法的时间。但是有些时候，用正则表达式也无法做到完全验证，比如识别日期：

'^(0[1-9]|1[0-2]|[0-9])-(0[1-9]|1[0-9]|2[0-9]|3[0-1]|[0-9])$'

对于`'2-30'`，`'4-31'`这样的非法日期，用正则还是识别不了，或者说写出来非常困难，这时就需要程序配合识别了。

## 6.贪婪匹配 ##

最后需要特别指出的是，正则匹配默认是贪婪匹配，也就是匹配尽可能多的字符。举例如下，匹配出数字后面的`0`：

>>> re.match(r'^(\d+)(0*)$', '102300').groups()
    ('102300', '')

由于`\d+`采用贪婪匹配，直接把后面的`0`全部匹配了，结果`0*`只能匹配空字符串了。

必须让`\d+`采用非贪婪匹配（也就是尽可能少匹配），才能把后面的`0`匹配出来，加个`?`就可以让`\d+`采用非贪婪匹配：

>>> re.match(r'^(\d+?)(0*)$', '102300').groups()
    ('1023', '00')

## 7.编译 ##

当我们在Python中使用正则表达式时，re模块内部会干两件事情：

1.  编译正则表达式，如果正则表达式的字符串本身不合法，会报错；
2.  用编译后的正则表达式去匹配字符串。

如果一个正则表达式要重复使用几千次，出于效率的考虑，我们可以预编译该正则表达式，接下来重复使用时就不需要编译这个步骤了，直接匹配：

>>> import re
    # 编译:
    >>> re_telephone = re.compile(r'^(\d{3})-(\d{3,8})$')
    # 使用：
    >>> re_telephone.match('010-12345').groups()
    ('010', '12345')
    >>> re_telephone.match('010-8086').groups()
    ('010', '8086')

编译后生成Regular Expression对象，由于该对象自己包含了正则表达式，所以调用对应的方法时不用给出正则字符串。