1. 正则表达式基础

1.1. 简单介绍

正则表达式并不是Python的一部分。正则表达式是用于处理字符串的强大工具，拥有自己独特的语法以及一个独立的处理引擎，效率上可能不如str自带的方法，但功能十分强大。得益于这一点，在提供了正则表达式的语言里，正则表达式的语法都是一样的，区别只在于不同的编程语言实现支持的语法数量不同；但不用担心，不被支持的语法通常是不常用的部分。如果已经在其他语言里使用过正则表达式，只需要简单看一看就可以上手了。

下图展示了使用正则表达式进行匹配的流程：  

正则表达式的大致匹配过程是：依次拿出表达式和文本中的字符比较，如果每一个字符都能匹配，则匹配成功；一旦有匹配不成功的字符则匹配失败。如果表达式中有量词或边界，这个过程会稍微有一些不同，但也是很好理解的，看下图中的示例以及自己多使用几次就能明白。

下图列出了Python支持的正则表达式元字符和语法：   

1.2. 数量词的贪婪模式与非贪婪模式

正则表达式通常用于在文本中查找匹配的字符串。Python里数量词默认是贪婪的（在少数语言里也可能是默认非贪婪），总是尝试匹配尽可能多的字符；非贪婪的则相反，总是尝试匹配尽可能少的字符。例如：正则表达式"ab*"如果用于查找"abbbc"，将找到"abbb"。而如果使用非贪婪的数量词"ab*?"，将找到"a"。

1.3. 反斜杠的困扰

与大多数编程语言相同，正则表达式里使用"\"作为转义字符，这就可能造成反斜杠困扰。假如你需要匹配文本中的字符"\"，那么使用编程语言表示的正则表达式里将需要4个反斜杠"\\\\"：前两个和后两个分别用于在编程语言里转义成反斜杠，转换成两个反斜杠后再在正则表达式里转义成一个反斜杠。Python里的原生字符串很好地解决了这个问题，这个例子中的正则表达式可以使用r"\\"表示。同样，匹配一个数字的"\\d"可以写成r"\d"。有了原生字符串，你再也不用担心是不是漏写了反斜杠，写出来的表达式也更直观。

1.4. 匹配模式

正则表达式提供了一些可用的匹配模式，比如忽略大小写、多行匹配等，这部分内容将在Pattern类的工厂方法re.compile(pattern[, flags])中一起介绍。

2. re模块

2.1. 开始使用re

Python通过re模块提供对正则表达式的支持。使用re的一般步骤是先将正则表达式的字符串形式编译为Pattern实例，然后使用Pattern实例处理文本并获得匹配结果（一个Match实例），最后使用Match实例获得信息，进行其他的操作。

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# encoding: UTF-8
import re
 
# 将正则表达式编译成Pattern对象
pattern = re.compile(r'hello')
 
# 使用Pattern匹配文本，获得匹配结果，无法匹配时将返回None
match = pattern.match('hello world!')
 
if match:
    # 使用Match获得分组信息
    print match.group()
 
### 输出 ###
# hello

re.compile(strPattern[, flag]): 

这个方法是Pattern类的工厂方法，用于将字符串形式的正则表达式编译为Pattern对象。 第二个参数flag是匹配模式，取值可以使用按位或运算符'|'表示同时生效，比如re.I | re.M。另外，你也可以在regex字符串中指定模式，比如re.compile('pattern', re.I | re.M)与re.compile('(?im)pattern')是等价的。 
可选值有：

  • re.I(re.IGNORECASE): 忽略大小写（括号内是完整写法，下同）
  • M(MULTILINE): 多行模式，改变'^'和'$'的行为（参见上图）
  • S(DOTALL): 点任意匹配模式，改变'.'的行为
  • L(LOCALE): 使预定字符类 \w \W \b \B \s \S 取决于当前区域设定
  • U(UNICODE): 使预定字符类 \w \W \b \B \s \S \d \D 取决于unicode定义的字符属性
  • X(VERBOSE): 详细模式。这个模式下正则表达式可以是多行，忽略空白字符，并可以加入注释。以下两个正则表达式是等价的：
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a = re.compile(r"""\d +  # the integral part
                   \.    # the decimal point
                   \d *  # some fractional digits""", re.X)
b = re.compile(r"\d+\.\d*")

re提供了众多模块方法用于完成正则表达式的功能。这些方法可以使用Pattern实例的相应方法替代，唯一的好处是少写一行re.compile()代码，但同时也无法复用编译后的Pattern对象。这些方法将在Pattern类的实例方法部分一起介绍。如上面这个例子可以简写为：

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m = re.match(r'hello', 'hello world!')
print m.group()

re模块还提供了一个方法escape(string)，用于将string中的正则表达式元字符如*/+/?等之前加上转义符再返回，在需要大量匹配元字符时有那么一点用。

2.2. Match

Match对象是一次匹配的结果，包含了很多关于此次匹配的信息，可以使用Match提供的可读属性或方法来获取这些信息。

属性：

  1. string: 匹配时使用的文本。
  2. re: 匹配时使用的Pattern对象。
  3. pos: 文本中正则表达式开始搜索的索引。值与Pattern.match()和Pattern.seach()方法的同名参数相同。
  4. endpos: 文本中正则表达式结束搜索的索引。值与Pattern.match()和Pattern.seach()方法的同名参数相同。
  5. lastindex: 最后一个被捕获的分组在文本中的索引。如果没有被捕获的分组，将为None。
  6. lastgroup: 最后一个被捕获的分组的别名。如果这个分组没有别名或者没有被捕获的分组，将为None。

方法：

  1. group([group1, …]): 
    获得一个或多个分组截获的字符串；指定多个参数时将以元组形式返回。group1可以使用编号也可以使用别名；编号0代表整个匹配的子串；不填写参数时，返回group(0)；没有截获字符串的组返回None；截获了多次的组返回最后一次截获的子串。
  2. groups([default]): 
    以元组形式返回全部分组截获的字符串。相当于调用group(1,2,…last)。default表示没有截获字符串的组以这个值替代，默认为None。
  3. groupdict([default]): 
    返回以有别名的组的别名为键、以该组截获的子串为值的字典，没有别名的组不包含在内。default含义同上。
  4. start([group]): 
    返回指定的组截获的子串在string中的起始索引（子串第一个字符的索引）。group默认值为0。
  5. end([group]): 
    返回指定的组截获的子串在string中的结束索引（子串最后一个字符的索引+1）。group默认值为0。
  6. span([group]): 
    返回(start(group), end(group))。
  7. expand(template): 
    将匹配到的分组代入template中然后返回。template中可以使用\id或\g<id>、\g<name>引用分组，但不能使用编号0。\id与\g<id>是等价的；但\10将被认为是第10个分组，如果你想表达\1之后是字符'0'，只能使用\g<1>0。
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import re
m = re.match(r'(\w+) (\w+)(?P<sign>.*)', 'hello world!')
 
print "m.string:", m.string
print "m.re:", m.re
print "m.pos:", m.pos
print "m.endpos:", m.endpos
print "m.lastindex:", m.lastindex
print "m.lastgroup:", m.lastgroup
 
print "m.group(1,2):", m.group(1, 2)
print "m.groups():", m.groups()
print "m.groupdict():", m.groupdict()
print "m.start(2):", m.start(2)
print "m.end(2):", m.end(2)
print "m.span(2):", m.span(2)
print r"m.expand(r'\2 \1\3'):", m.expand(r'\2 \1\3')
 
### output ###
# m.string: hello world!
# m.re: <_sre.SRE_Pattern object at 0x016E1A38>
# m.pos: 0
# m.endpos: 12
# m.lastindex: 3
# m.lastgroup: sign
# m.group(1,2): ('hello', 'world')
# m.groups(): ('hello', 'world', '!')
# m.groupdict(): {'sign': '!'}
# m.start(2): 6
# m.end(2): 11
# m.span(2): (6, 11)
# m.expand(r'\2 \1\3'): world hello!

2.3. Pattern

Pattern对象是一个编译好的正则表达式，通过Pattern提供的一系列方法可以对文本进行匹配查找。

Pattern不能直接实例化，必须使用re.compile()进行构造。

Pattern提供了几个可读属性用于获取表达式的相关信息：

  1. pattern: 编译时用的表达式字符串。
  2. flags: 编译时用的匹配模式。数字形式。
  3. groups: 表达式中分组的数量。
  4. groupindex: 以表达式中有别名的组的别名为键、以该组对应的编号为值的字典，没有别名的组不包含在内。
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import re
p = re.compile(r'(\w+) (\w+)(?P<sign>.*)', re.DOTALL)
 
print "p.pattern:", p.pattern
print "p.flags:", p.flags
print "p.groups:", p.groups
print "p.groupindex:", p.groupindex
 
### output ###
# p.pattern: (\w+) (\w+)(?P<sign>.*)
# p.flags: 16
# p.groups: 3
# p.groupindex: {'sign': 3}

实例方法[ | re模块方法]：

  1. match(string[, pos[, endpos]]) | re.match(pattern, string[, flags]): 
    这个方法将从string的pos下标处起尝试匹配pattern；如果pattern结束时仍可匹配，则返回一个Match对象；如果匹配过程中pattern无法匹配，或者匹配未结束就已到达endpos，则返回None。 
    pos和endpos的默认值分别为0和len(string)；re.match()无法指定这两个参数，参数flags用于编译pattern时指定匹配模式。 
    注意：这个方法并不是完全匹配。当pattern结束时若string还有剩余字符，仍然视为成功。想要完全匹配，可以在表达式末尾加上边界匹配符'$'。 
    示例参见2.1小节。
  2. search(string[, pos[, endpos]]) | re.search(pattern, string[, flags]): 
    这个方法用于查找字符串中可以匹配成功的子串。从string的pos下标处起尝试匹配pattern，如果pattern结束时仍可匹配，则返回一个Match对象；若无法匹配，则将pos加1后重新尝试匹配；直到pos=endpos时仍无法匹配则返回None。 
    pos和endpos的默认值分别为0和len(string))；re.search()无法指定这两个参数，参数flags用于编译pattern时指定匹配模式。 
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    # encoding: UTF-8
    import re
     
    # 将正则表达式编译成Pattern对象
    pattern = re.compile(r'world')
     
    # 使用search()查找匹配的子串，不存在能匹配的子串时将返回None
    # 这个例子中使用match()无法成功匹配
    match = pattern.search('hello world!')
     
    if match:
        # 使用Match获得分组信息
        print match.group()
     
    ### 输出 ###
    # world
  3. split(string[, maxsplit]) | re.split(pattern, string[, maxsplit]): 
    按照能够匹配的子串将string分割后返回列表。maxsplit用于指定最大分割次数，不指定将全部分割。 
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    import re
     
    p = re.compile(r'\d+')
    print p.split('one1two2three3four4')
     
    ### output ###
    # ['one', 'two', 'three', 'four', '']
  4. findall(string[, pos[, endpos]]) | re.findall(pattern, string[, flags]): 
    搜索string，以列表形式返回全部能匹配的子串。 
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    import re
     
    p = re.compile(r'\d+')
    print p.findall('one1two2three3four4')
     
    ### output ###
    # ['1', '2', '3', '4']
  5. finditer(string[, pos[, endpos]]) | re.finditer(pattern, string[, flags]): 
    搜索string，返回一个顺序访问每一个匹配结果（Match对象）的迭代器。 
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    import re
     
    p = re.compile(r'\d+')
    for m in p.finditer('one1two2three3four4'):
        print m.group(),
     
    ### output ###
    # 1 2 3 4
  6. sub(repl, string[, count]) | re.sub(pattern, repl, string[, count]): 
    使用repl替换string中每一个匹配的子串后返回替换后的字符串。 
    当repl是一个字符串时，可以使用\id或\g<id>、\g<name>引用分组，但不能使用编号0。 
    当repl是一个方法时，这个方法应当只接受一个参数（Match对象），并返回一个字符串用于替换（返回的字符串中不能再引用分组）。 
    count用于指定最多替换次数，不指定时全部替换。 
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    import re
     
    p = re.compile(r'(\w+) (\w+)')
    s = 'i say, hello world!'
     
    print p.sub(r'\2 \1', s)
     
    def func(m):
        return m.group(1).title() + ' ' + m.group(2).title()
     
    print p.sub(func, s)
     
    ### output ###
    # say i, world hello!
    # I Say, Hello World!
  7. subn(repl, string[, count]) |re.sub(pattern, repl, string[, count]): 
    返回 (sub(repl, string[, count]), 替换次数)。 
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    import re
     
    p = re.compile(r'(\w+) (\w+)')
    s = 'i say, hello world!'
     
    print p.subn(r'\2 \1', s)
     
    def func(m):
        return m.group(1).title() + ' ' + m.group(2).title()
     
    print p.subn(func, s)
     
    ### output ###
    # ('say i, world hello!', 2)
    # ('I Say, Hello World!', 2)

以上就是Python对于正则表达式的支持。熟练掌握正则表达式是每一个程序员必须具备的技能，这年头没有不与字符串打交道的程序了。笔者也处于初级阶段，与君共勉，^_^

另外，图中的特殊构造部分没有举出例子，用到这些的正则表达式是具有一定难度的。有兴趣可以思考一下，如何匹配不是以abc开头的单词，^_^

全文结束

#【【正则表达式】】
'''
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：

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。

'''

import re
print (re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$','021-45678'))           #<_sre.SRE_Match object; span=(0, 9), match='021-45678'>
print (re.match(r'^\d{3}\-\d{3,8}$','021 45678'))           #None
print (re.match(r'^\d{3}-\d{3,8}$','011-3456'))             #<_sre.SRE_Match object; span=(0, 8), match='011-3456'>

# 切分字符串
#正常的切分代码无法识别连续的空格
print ('a b   c'.split(' '))                    #['a', 'b', '', '', 'c']
#正则
print (re.split(r'\s+','a b   c'))              #['a', 'b', 'c']
#正则，假如逗号
print (re.split(r'[\s\,]+','a,b,  c'))          #['a', 'b', 'c']
#再假如分号
print (re.split(r'[\s\,\;]+','a,b,;   ;  c'))   #['a', 'b', 'c']
#【用途】如果用户输入了一组标签，可用正则来把不规范的输入转化成正确的数组

#分组
#除了简单的匹配判断，正则还有提取子串的功能。用（）表示要提取的分组
m = re.match(r'^(\d{3})-(\d{3,8})$','021-34567')
print (m)                           #<_sre.SRE_Match object; span=(0, 9), match='021-34567'>
print (m.group(0))                  #021-34567
print (m.group(1))                  #021
print (m.group(2))                  #34567

#再来看个更凶残的例子
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)
print (m.groups())                  #('19', '05', '30')
#【备注】这个正则可识别合法的时间。可有些时候，用正则也无法做到完全验证，比如识别日期。对于2-30 4-31这样的。

#贪婪匹配
#正则默认的是贪婪匹配。例子如下，匹配出数字后面的0
print (re.match(r'^(\d+)(0*)$','102300').groups())   #('102300', '')
'''
由于\d+采用贪婪匹配，直接把后面的0全都匹配了，结果0*只能匹配空字符串了
加个？就可以非贪婪匹配
'''
print (re.match(r'^(\d+?)(0*)$','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
print (re_telephone.match('010-34567').groups())  #('010', '34567')
print (re_telephone.match('010-7896').groups())   #('010', '7896')

# 练习题
'''
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
版本二可以提取出带名字的Email地址：

<Tom Paris> tom@voyager.org => Tom Paris
bob@example.com => bob
'''
import re

regex = r'^(<\w[\s\w]+>\s)?(\w+[\w+.]*@\w+.(org|com)$)'
# 题目一：正则匹配
m = re.compile(regex)
# 纯Email地址
if m.match('someone@gmail.com'):
    print('match someone@gmail.com')
if m.match('bill.gates@microsoft.com'):
    print('match bill.gates@microsoft.com')
# 带名字的Email地址
if m.match('<Tom Paris> tom@voyager.org'):
    print('match <Tom Paris> tom@voyager.org')
# 题目二：提取带名字的Email地址
m_email = m.match('<Tom Paris> tom@voyager.org').group(2)

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