Python学习笔记（三十一）正则表达式
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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：
-
创建一个匹配Email的正则表达式；
-
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：
\d{3}表示匹配3个数字，例如'010'；
\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；
\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。
进阶
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$就变成了整行匹配，就只能匹配'py'了。
re模块
Python提供re模块，包含所有正则表达式的功能。由于Python的字符串本身也用\转义，所以要特别注意：
s = 'ABC\\-001' # Python的字符串
# 对应的正则表达式字符串变成：
# 'ABC\-001'
因此我们强烈建议使用Python的r前缀，就不用考虑转义的问题了：
s = r'ABC\-001' # Python的字符串
# 对应的正则表达式字符串不变：
# 'ABC\-001'
先看看如何判断正则表达式是否匹配：
>>> import re
>>> re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$', '010-12345')
<_sre.SRE_Match object; span=(0, 9), match='010-12345'>
>>> re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$', '010 12345')
>>>
match()方法判断是否匹配，如果匹配成功，返回一个Match对象，否则返回None。常见的判断方法就是：
test = '用户输入的字符串'
if re.match(r'正则表达式', test):
print('ok')
else:
print('failed')
切分字符串
用正则表达式切分字符串比用固定的字符更灵活，请看正常的切分代码：
>>> 'a b c'.split(' ')
['a', 'b', '', '', 'c']
嗯，无法识别连续的空格，用正则表达式试试：
>>> re.split(r'\s+', 'a b c')
['a', 'b', 'c']
无论多少个空格都可以正常分割。加入 , 试试：
>>> re.split(r'[\s\,]+', 'a,b, c d')
['a', 'b', 'c', 'd']
再加入;试试：
>>> re.split(r'[\s\,\;]+', 'a,b;; c d')
['a', 'b', 'c', 'd']
分组
除了简单地判断是否匹配之外，正则表达式还有 提取子串的强大功能。用 ()表示的就是要提取的分组（Group）。比如：
^(\d{3})-(\d{3,8})$ 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])$'
对于'2-30'，'4-31'这样的非法日期，用正则还是识别不了，或者说写出来非常困难，这时就需要程序配合识别了。
贪婪匹配
最后需要特别指出的是，正则匹配默认是贪婪匹配，也就是匹配尽可能多的字符。举例如下，匹配出数字后面的0：
>>> re.match(r'^(\d+)(0*)$', '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*)$', '102300').groups()
('1023', '00')
编译
当我们在Python中使用正则表达式时，re模块内部会干两件事情：
编译正则表达式，如果正则表达式的字符串本身不合法，会报错；
用编译后的正则表达式去匹配字符串。
如果一个正则表达式要重复使用几千次，出于效率的考虑，我们可以预编译该正则表达式，接下来重复使用时就不需要编译这个步骤了，直接匹配：
>>> import re
# 编译:
>>> re_telephone = re.compile(r'^(\d{3})-(\d{3,8})$')
# 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。
练习
请尝试写一个验证Email地址的正则表达式。版本一应该可以验证出类似的Email：
someone@gmail.com
bill.gates@microsoft.com
代码：
re_emil = re.compile(r'^([a-zA-Z\.]+)@(gmail|microsoft)\.(com)')
结果：
>>> re_emil.match('bill.gates@microsoft.com').groups()
('bill.gates', 'microsoft', 'com')
>>> re_emil.match('someone@gmail.com').groups()
('someone', 'gmail', 'com')
版本二可以验证并提取出带名字的Email地址：
<Tom Paris> tom@voyager.org
代码：
e = '<Tom Paris> tom@voyager.com'
m = re.match(r'^(<\w+\s\w+>)\s+(\w+)@(\w+.\w+)$', e)
if m != None:
print('Email is ok! The Email is :', m.groups())
else:
print('Email is failed! Please check it again. Your input is:\n',e)
