正则表达式
2023-7-11
| 2023-8-6
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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；
  1. 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}。
从左到右解读一下：
  1. \d{3}表示匹配3个数字，例如'010'
  1. \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
  1. \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。所以需要更复杂的匹配方式。
 
 
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
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：
 
因此强烈建议使用Python的r前缀，就不用考虑转义的问题了：
先看看如何判断正则表达式是否匹配：
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：
 

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(' ')
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。
 

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：
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)永远是与整个正则表达式相匹配的字符串，group(1)、group(2)……表示第1、2、……个子串。
 
提取子串非常有用，看一个更凶残的例子：
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

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：
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：
 

编译

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
  1. 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，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：
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。
 
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