高級正則表達式技術（Python版）

jopen 9年前發布 | 22K 次閱讀 Python Python開發

正則表達式是從信息中搜索特定的模式的一把瑞士軍刀。它們是一個巨大的工具庫，其中的一些功能經常被忽視或未被充分利用。今天我將向你們展示一些正則表達式的高級用法。

高級正則表達式技術（Python版）

舉個例子，這是一個我們可能用來檢測電話美國電話號碼的正則表達式：

r'^(1[-\s.])?(\()?\d{3}(?(2)\))[-\s.]?\d{3}[-\s.]?\d{4}$'

我們可以加上一些注釋和空格使得它更具有可讀性。

r'^'
r'(1[-\s.])?' # optional '1-', '1.' or '1'
r'(\()?'      # optional opening parenthesis
r'\d{3}'      # the area code
r'(?(2)\))'   # if there was opening parenthesis, close it
r'[-\s.]?'    # followed by '-' or '.' or space
r'\d{3}'      # first 3 digits
r'[-\s.]?'    # followed by '-' or '.' or space
r'\d{4}$'    # last 4 digits

讓我們把它放到一個代碼片段里：

import re

numbers = [ "123 555 6789",
            "1-(123)-555-6789",
            "(123-555-6789",
            "(123).555.6789",
            "123 55 6789" ]

for number in numbers:
    pattern = re.match(r'^'
                   r'(1[-\s.])?'           # optional '1-', '1.' or '1'
                   r'(\()?'                # optional opening parenthesis
                   r'\d{3}'                # the area code
                   r'(?(2)\))'             # if there was opening parenthesis, close it
                   r'[-\s.]?'              # followed by '-' or '.' or space
                   r'\d{3}'                # first 3 digits
                   r'[-\s.]?'              # followed by '-' or '.' or space
                   r'\d{4}$\s*',number)    # last 4 digits

    if pattern:
        print '{0} is valid'.format(number)
    else:
        print '{0} is not valid'.format(number)

輸出，不帶空格：

123 555 6789 is valid
1-(123)-555-6789 is valid
(123-555-6789 is not valid
(123).555.6789 is valid
123 55 6789 is not valid

正則表達式是 python 的一個很好的功能，但是調試它們很艱難，而且正則表達式很容易就出錯。

幸運的是，python 可以通過對 re.compile 或 re.match 設置 re.DEBUG (實際上就是整數 128) 標志就可以輸出正則表達式的解析樹。

import re

numbers = [ "123 555 6789",
            "1-(123)-555-6789",
            "(123-555-6789",
            "(123).555.6789",
            "123 55 6789" ]

for number in numbers:
    pattern = re.match(r'^'
                    r'(1[-\s.])?'        # optional '1-', '1.' or '1'
                    r'(\()?'             # optional opening parenthesis
                    r'\d{3}'             # the area code
                    r'(?(2)\))'          # if there was opening parenthesis, close it
                    r'[-\s.]?'           # followed by '-' or '.' or space
                    r'\d{3}'             # first 3 digits
                    r'[-\s.]?'           # followed by '-' or '.' or space
                    r'\d{4}$', number, re.DEBUG)  # last 4 digits

    if pattern:
        print '{0} is valid'.format(number)
    else:
        print '{0} is not valid'.format(number)

解析樹

at_beginning
max_repeat 0 1
  subpattern 1
    literal 49
    in
      literal 45
      category category_space
      literal 46
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 0 1
  subpattern 2
    literal 40
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 3 3
  in
    category category_digit
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
subpattern None
  groupref_exists 2
    literal 41
None
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 0 1
  in
    literal 45
    category category_space
    literal 46
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 3 3
  in
    category category_digit
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 0 1
  in
    literal 45
    category category_space
    literal 46
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
max_repeat 4 4
  in
    category category_digit
at at_end
max_repeat 0 2147483648
  in
    category category_space
123 555 6789 is valid
1-(123)-555-6789 is valid
(123-555-6789 is not valid
(123).555.6789 is valid
123 55 6789 is not valid

貪婪和非貪婪

在我解釋這個概念之前，我想先展示一個例子。我們要從一段 html 文本尋找錨標簽：

import re

html = 'Hello <a  title="pypix">Pypix</a>'

m = re.findall('<a.*>.*<\/a>', html)
if m:
    print m

結果將在意料之中：

['<a  title="pypix">Pypix</a>']

我們改下輸入，添加第二個錨標簽：

import re

html = 'Hello <a  title="pypix">Pypix</a>' \
       'Hello <a  title"example">Example</a>'

m = re.findall('<a.*>.*<\/a>', html)
if m:
    print m

結果看起來再次對了。但是不要上當了！如果我們在同一行遇到兩個錨標簽后，它將不再正確工作：

['<a  title="pypix">Pypix</a>Hello <a  title"example">Example</a>']

這次模式匹配了第一個開標簽和最后一個閉標簽以及在它們之間的所有的內容，成了一個匹配而不是兩個單獨的匹配。這是因為默認的匹配模式是“貪婪的”。

當處于貪婪模式時，量詞(比如 * 和 +)匹配盡可能多的字符。

當你加一個問號在后面時（.*?）它將變為“非貪婪的”。

import re

html = 'Hello <a  title="pypix">Pypix</a>' \
       'Hello <a  title"example">Example</a>'

m = re.findall('<a.*?>.*?<\/a>', html)
if m:
    print m

現在結果是正確的。

['<a  title="pypix">Pypix</a>', '<a  title"example">Example</a>']

前向界定符和后向界定符

一個前向界定符搜索當前的匹配之后搜索匹配。通過一個例子比較好解釋一點。

下面的模式首先匹配 foo，然后檢測是否接著匹配 bar：

import re

strings = [  "hello foo",         # returns False
             "hello foobar"  ]    # returns True

for string in strings:
    pattern = re.search(r'foo(?=bar)', string)
    if pattern:
        print 'True'
    else:
        print 'False'

這看起來似乎沒什么用，因為我們可以直接檢測 foobar 不是更簡單么。然而，它也可以用來前向否定界定。下面的例子匹配foo，當且僅當它的后面沒有跟著 bar。

import re

strings = [  "hello foo",         # returns True
             "hello foobar",      # returns False
             "hello foobaz"]      # returns True

for string in strings:
    pattern = re.search(r'foo(?!bar)', string)
    if pattern:
        print 'True'
    else:
        print 'False'

后向界定符類似，但是它查看當前匹配的前面的模式。你可以使用 (?> 來表示肯定界定，(?<! 表示否定界定。

下面的模式匹配一個不是跟在 foo 后面的 bar。

import re

strings = [  "hello bar",         # returns True
             "hello foobar",      # returns False
             "hello bazbar"]      # returns True

for string in strings:
    pattern = re.search(r'(?<!foo)bar',string)
    if pattern:
        print 'True'
    else:
        print 'False'

條件(IF-Then-Else)模式

正則表達式提供了條件檢測的功能。格式如下：

(?(?=regex)then|else)

條件可以是一個數字。表示引用前面捕捉到的分組。

比如我們可以用這個正則表達式來檢測打開和閉合的尖括號：

import re

strings = [  "<pypix>",    # returns true
             "<foo",       # returns false
             "bar>",       # returns false
             "hello" ]     # returns true

for string in strings:
    pattern = re.search(r'^(<)?[a-z]+(?(1)>)$', string)
    if pattern:
        print 'True'
    else:
        print 'False'

在上面的例子中，1 表示分組 (<)，當然也可以為空因為后面跟著一個問號。當且僅當條件成立時它才匹配關閉的尖括號。

條件也可以是界定符。

無捕獲組

分組，由圓括號括起來，將會捕獲到一個數組，然后在后面要用的時候可以被引用。但是我們也可以不捕獲它們。

我們先看一個非常簡單的例子：

import re          
string = 'Hello foobar'          
pattern = re.search(r'(f.*)(b.*)', string)          
print "f* => {0}".format(pattern.group(1)) # prints f* => foo          
print "b* => {0}".format(pattern.group(2)) # prints b* => bar

現在我們改動一點點，在前面加上另外一個分組 (H.*)：

import re          
string = 'Hello foobar'          
pattern = re.search(r'(H.*)(f.*)(b.*)', string)          
print "f* => {0}".format(pattern.group(1)) # prints f* => Hello          
print "b* => {0}".format(pattern.group(2)) # prints b* => bar

模式數組改變了，取決于我們在代碼中怎么使用這些變量，這可能會使我們的腳本不能正常工作。現在我們不得不找到代碼中每一處出現了模式數組的地方，然后相應地調整下標。如果我們真的對一個新添加的分組的內容沒興趣的話，我們可以使它“不被捕獲”，就像這樣：

import re          
string = 'Hello foobar'          
pattern = re.search(r'(?:H.*)(f.*)(b.*)', string)          
print "f* => {0}".format(pattern.group(1)) # prints f* => foo          
print "b* => {0}".format(pattern.group(2)) # prints b* => bar

通過在分組的前面添加 ?:，我們就再也不用在模式數組中捕獲它了。所以數組中其他的值也不需要移動。

命名組

像前面那個例子一樣，這又是一個防止我們掉進陷阱的方法。我們實際上可以給分組命名，然后我們就可以通過名字來引用它們，而不再需要使用數組下標。格式是：(?Ppattern) 我們可以重寫前面那個例子，就像這樣：

import re          
string = 'Hello foobar'          
pattern = re.search(r'(?P<fstar>f.*)(?P<bstar>b.*)', string)          
print "f* => {0}".format(pattern.group('fstar')) # prints f* => foo          
print "b* => {0}".format(pattern.group('bstar')) # prints b* => bar

現在我們可以添加另外一個分組了，而不會影響模式數組里其他的已存在的組：

import re          
string = 'Hello foobar'          
pattern = re.search(r'(?P<hi>H.*)(?P<fstar>f.*)(?P<bstar>b.*)', string)          
print "f* => {0}".format(pattern.group('fstar')) # prints f* => foo          
print "b* => {0}".format(pattern.group('bstar')) # prints b* => bar          
print "h* => {0}".format(pattern.group('hi')) # prints b* => Hello

使用回調函數

在 Python 中 re.sub() 可以用來給正則表達式替換添加回調函數。

讓我們來看看這個例子，這是一個 e-mail 模板：

import re          
template = "Hello [first_name] [last_name], \          
 Thank you for purchasing [product_name] from [store_name]. \          
 The total cost of your purchase was [product_price] plus [ship_price] for shipping. \          
 You can expect your product to arrive in [ship_days_min] to [ship_days_max] business days. \          
 Sincerely, \          
 [store_manager_name]"          
# assume dic has all the replacement data          
# such as dic['first_name'] dic['product_price'] etc...          
dic = {          
 "first_name" : "John",          
 "last_name" : "Doe",          
 "product_name" : "iphone",          
 "store_name" : "Walkers",          
 "product_price": "$500",          
 "ship_price": "$10",          
 "ship_days_min": "1",          
 "ship_days_max": "5",          
 "store_manager_name": "DoeJohn"          
}          
result = re.compile(r'\[(.*)\]')          
print result.sub('John', template, count=1)

注意到每一個替換都有一個共同點，它們都是由一對中括號括起來的。我們可以用一個單獨的正則表達式來捕獲它們，并且用一個回調函數來處理具體的替換。

所以用回調函數是一個更好的辦法：

import re          
template = "Hello [first_name] [last_name], \          
 Thank you for purchasing [product_name] from [store_name]. \          
 The total cost of your purchase was [product_price] plus [ship_price] for shipping. \          
 You can expect your product to arrive in [ship_days_min] to [ship_days_max] business days. \          
 Sincerely, \          
 [store_manager_name]"          
# assume dic has all the replacement data          
# such as dic['first_name'] dic['product_price'] etc...          
dic = {          
 "first_name" : "John",          
 "last_name" : "Doe",          
 "product_name" : "iphone",          
 "store_name" : "Walkers",          
 "product_price": "$500",          
 "ship_price": "$10",          
 "ship_days_min": "1",          
 "ship_days_max": "5",          
 "store_manager_name": "DoeJohn"          
}          
def multiple_replace(dic, text):
    pattern = "|".join(map(lambda key : re.escape("["+key+"]"), dic.keys()))
    return re.sub(pattern, lambda m: dic[m.group()[1:-1]], text)     
print multiple_replace(dic, template)

不要重復發明輪子

更重要的可能是知道在什么時候不要使用正則表達式。在許多情況下你都可以找到替代的工具。

解析 [X]HTML

Stackoverflow 上的一個答案用一個絕妙的解釋告訴了我們為什么不應該用正則表達式來解析 [X]HTML。

你應該使用使用 HTML 解析器，Python 有很多選擇：

ElementTree 是標準庫的一部分
BeautifulSoup 是一個流行的第三方庫
lxml 是一個功能齊全基于 c 的快速的庫

后面兩個即使是處理畸形的 HTML 也能很優雅，這給大量的丑陋站點帶來了福音。

ElementTree 的一個例子：

from xml.etree import ElementTree          
tree = ElementTree.parse('filename.html')          
for element in tree.findall('h1'):          
   print ElementTree.tostring(element)

其他

在使用正則表達式之前，這里有很多其他可以考慮的工具。

感謝閱讀！

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解析樹

貪婪和非貪婪

前向界定符和后向界定符

條件(IF-Then-Else)模式

無捕獲組

命名組

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不要重復發明輪子

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