本文介紹了Python對于正則表達式的支持，包括正則表達式基礎以及Python正則表達式標準庫的完整介紹及使用示例。本文的內容不包括如何編寫高效的正則表達式、如何優化正則表達式，這些主題請查看其他教程。

注意：本文基于Python2.4完成；如果看到不明白的詞匯請記得百度谷歌或維基，whatever。

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1. 正則表達式基礎

1.1. 簡單介紹

正 則表達式并不是Python的一部分。正則表達式是用于處理字符串的強大工具，擁有自己獨特的語法以及一個獨立的處理引擎，效率上可能不如str自帶的方 法，但功能十分強大。得益于這一點，在提供了正則表達式的語言里，正則表達式的語法都是一樣的，區別只在于不同的編程語言實現支持的語法數量不同；但不用 擔心，不被支持的語法通常是不常用的部分。如果已經在其他語言里使用過正則表達式，只需要簡單看一看就可以上手了。

下圖展示了使用正則表達式進行匹配的流程：
re_simple

正則表達式的大致匹配過程是：依次拿出表達式和文本中的字符比較，如果每一個字符都能匹配，則匹配成功；一旦有匹配不成功的字符則匹配失敗。如果表達式中有量詞或邊界，這個過程會稍微有一些不同，但也是很好理解的，看下圖中的示例以及自己多使用幾次就能明白。

下圖列出了Python支持的正則表達式元字符和語法：  
pyre

1.2. 數量詞的貪婪模式與非貪婪模式

正 則表達式通常用于在文本中查找匹配的字符串。Python里數量詞默認是貪婪的（在少數語言里也可能是默認非貪婪），總是嘗試匹配盡可能多的字符；非貪婪 的則相反，總是嘗試匹配盡可能少的字符。例如：正則表達式"ab*"如果用于查找"abbbc"，將找到"abbb"。而如果使用非貪婪的數量 詞"ab*?"，將找到"a"。

1.3. 反斜杠的困擾

與大多數編程語言相同，正則表達式里使用"\"作為轉義 字符，這就可能造成反斜杠困擾。假如你需要匹配文本中的字符"\"，那么使用編程語言表示的正則表達式里將需要4個反斜杠"\\\\"：前兩個和后兩個分 別用于在編程語言里轉義成反斜杠，轉換成兩個反斜杠后再在正則表達式里轉義成一個反斜杠。Python里的原生字符串很好地解決了這個問題，這個例子中的 正則表達式可以使用r"\\"表示。同樣，匹配一個數字的"\\d"可以寫成r"\d"。有了原生字符串，你再也不用擔心是不是漏寫了反斜杠，寫出來的表 達式也更直觀。

1.4. 匹配模式

正則表達式提供了一些可用的匹配模式，比如忽略大小寫、多行匹配等，這部分內容將在Pattern類的工廠方法re.compile(pattern[, flags])中一起介紹。

2. re模塊

2.1. 開始使用re

Python通過re模塊提供對正則表達式的支持。使用re的一般步驟是先將正則表達式的字符串形式編譯為Pattern實例，然后使用Pattern實例處理文本并獲得匹配結果（一個Match實例），最后使用Match實例獲得信息，進行其他的操作。

01# encoding: UTF-8
02import re
03 
04# 將正則表達式編譯成Pattern對象
05pattern = re.compile(r'hello')
06 
07# 使用Pattern匹配文本，獲得匹配結果，無法匹配時將返回None
08match = pattern.match('hello world!')
09 
10if match:
11    # 使用Match獲得分組信息
12    print match.group()
13 
14### 輸出 ###
15# hello

re.compile(strPattern[, flag]):

這個方法是Pattern類的工廠方法，用于將字符串形式的正則表達式編譯為Pattern對象。 第二個參數flag是匹配模式，取值可以使用按位或運算符'|'表示同時生效，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)與re.compile('(?im)pattern')是等價的。
可選值有：

  • re.I(re.IGNORECASE): 忽略大小寫（括號內是完整寫法，下同）
  • M(MULTILINE): 多行模式，改變'^'和'$'的行為（參見上圖）
  • S(DOTALL): 點任意匹配模式，改變'.'的行為
  • L(LOCALE): 使預定字符類 \w \W \b \B \s \S 取決于當前區域設定
  • U(UNICODE): 使預定字符類 \w \W \b \B \s \S \d \D 取決于unicode定義的字符屬性
  • X(VERBOSE): 詳細模式。這個模式下正則表達式可以是多行，忽略空白字符，并可以加入注釋。以下兩個正則表達式是等價的：
1a = re.compile(r"""\d +  # the integral part
2                   \.    # the decimal point
3                   \d *  # some fractional digits""", re.X)
4b = re.compile(r"\d+\.\d*")

re提供了眾多模塊方法用于完成正則表達式的功能。這些方法可以使用Pattern實例的相應方法替代，唯一的好處是少寫一行 re.compile()代碼，但同時也無法復用編譯后的Pattern對象。這些方法將在Pattern類的實例方法部分一起介紹。如上面這個例子可以 簡寫為：

1m = re.match(r'hello', 'hello world!')
2print m.group()

re模塊還提供了一個方法escape(string)，用于將string中的正則表達式元字符如*/+/?等之前加上轉義符再返回，在需要大量匹配元字符時有那么一點用。

2.2. Match

Match對象是一次匹配的結果，包含了很多關于此次匹配的信息，可以使用Match提供的可讀屬性或方法來獲取這些信息。

屬性：

  1. string: 匹配時使用的文本。
  2. re: 匹配時使用的Pattern對象。
  3. pos: 文本中正則表達式開始搜索的索引。值與Pattern.match()和Pattern.seach()方法的同名參數相同。
  4. endpos: 文本中正則表達式結束搜索的索引。值與Pattern.match()和Pattern.seach()方法的同名參數相同。
  5. lastindex: 最后一個被捕獲的分組在文本中的索引。如果沒有被捕獲的分組，將為None。
  6. lastgroup: 最后一個被捕獲的分組的別名。如果這個分組沒有別名或者沒有被捕獲的分組，將為None。

方法：

  1. group([group1, …]):
    獲得一個或多個分組截獲的字符串；指定多個參數時將以元組形式返回。group1可以使用編號也可以使用別名；編號0代表整個匹配的子串；不填寫參數時，返回group(0)；沒有截獲字符串的組返回None；截獲了多次的組返回最后一次截獲的子串。
  2. groups([default]):
    以元組形式返回全部分組截獲的字符串。相當于調用group(1,2,…last)。default表示沒有截獲字符串的組以這個值替代，默認為None。
  3. groupdict([default]):
    返回以有別名的組的別名為鍵、以該組截獲的子串為值的字典，沒有別名的組不包含在內。default含義同上。
  4. start([group]):
    返回指定的組截獲的子串在string中的起始索引（子串第一個字符的索引）。group默認值為0。
  5. end([group]):
    返回指定的組截獲的子串在string中的結束索引（子串最后一個字符的索引+1）。group默認值為0。
  6. span([group]):
    返回(start(group), end(group))。
  7. expand(template):
    將匹配到的分組代入template中然后返回。template中可以使用\id或\g<id>、 \g<name>引用分組，但不能使用編號0。\id與\g<id>是等價的；但\10將被認為是第10個分組，如果你想表達 \1之后是字符'0'，只能使用\g<1>0。
01import re
02m = re.match(r'(\w+) (\w+)(?P<sign>.*)', 'hello world!')
03 
04print "m.string:", m.string
05print "m.re:", m.re
06print "m.pos:", m.pos
07print "m.endpos:", m.endpos
08print "m.lastindex:", m.lastindex
09print "m.lastgroup:", m.lastgroup
10 
11print "m.group(1,2):", m.group(1, 2)
12print "m.groups():", m.groups()
13print "m.groupdict():", m.groupdict()
14print "m.start(2):", m.start(2)
15print "m.end(2):", m.end(2)
16print "m.span(2):", m.span(2)
17print r"m.expand(r'\2 \1\3'):", m.expand(r'\2 \1\3')
18 
19### output ###
20# m.string: hello world!
21# m.re: <_sre.SRE_Pattern object at 0x016E1A38>
22# m.pos: 0
23# m.endpos: 12
24# m.lastindex: 3
25# m.lastgroup: sign
26# m.group(1,2): ('hello', 'world')
27# m.groups(): ('hello', 'world', '!')
28# m.groupdict(): {'sign': '!'}
29# m.start(2): 6
30# m.end(2): 11
31# m.span(2): (6, 11)
32# m.expand(r'\2 \1\3'): world hello!

2.3. Pattern

Pattern對象是一個編譯好的正則表達式，通過Pattern提供的一系列方法可以對文本進行匹配查找。

Pattern不能直接實例化，必須使用re.compile()進行構造。

Pattern提供了幾個可讀屬性用于獲取表達式的相關信息：

  1. pattern: 編譯時用的表達式字符串。
  2. flags: 編譯時用的匹配模式。數字形式。
  3. groups: 表達式中分組的數量。
  4. groupindex: 以表達式中有別名的組的別名為鍵、以該組對應的編號為值的字典，沒有別名的組不包含在內。
01import re
02p = re.compile(r'(\w+) (\w+)(?P<sign>.*)', re.DOTALL)
03 
04print "p.pattern:", p.pattern
05print "p.flags:", p.flags
06print "p.groups:", p.groups
07print "p.groupindex:", p.groupindex
08 
09### output ###
10# p.pattern: (\w+) (\w+)(?P<sign>.*)
11# p.flags: 16
12# p.groups: 3
13# p.groupindex: {'sign': 3}

實例方法[ | re模塊方法]：

  1. match(string[, pos[, endpos]]) | re.match(pattern, string[, flags]):
    這個方法將從string的pos下標處起嘗試匹配pattern；如果pattern結束時仍可匹配，則返回一個Match對象；如果匹配過程中pattern無法匹配，或者匹配未結束就已到達endpos，則返回None。
    pos和endpos的默認值分別為0和len(string)；re.match()無法指定這兩個參數，參數flags用于編譯pattern時指定匹配模式。
    注意：這個方法并不是完全匹配。當pattern結束時若string還有剩余字符，仍然視為成功。想要完全匹配，可以在表達式末尾加上邊界匹配符'$'。
    示例參見2.1小節。
  2. search(string[, pos[, endpos]]) | re.search(pattern, string[, flags]):
    這個方法用于查找字符串中可以匹配成功的子串。從string的pos下標處起嘗試匹配pattern，如果pattern結束時仍可匹配，則返回一個Match對象；若無法匹配，則將pos加1后重新嘗試匹配；直到pos=endpos時仍無法匹配則返回None。
    pos和endpos的默認值分別為0和len(string))；re.search()無法指定這兩個參數，參數flags用于編譯pattern時指定匹配模式。
    01# encoding: UTF-8
    02import re
    03 
    04# 將正則表達式編譯成Pattern對象
    05pattern = re.compile(r'world')
    06 
    07# 使用search()查找匹配的子串，不存在能匹配的子串時將返回None
    08# 這個例子中使用match()無法成功匹配
    09match = pattern.search('hello world!')
    10 
    11if match:
    12    # 使用Match獲得分組信息
    13    print match.group()
    14 
    15### 輸出 ###
    16# world
  3. split(string[, maxsplit]) | re.split(pattern, string[, maxsplit]):
    按照能夠匹配的子串將string分割后返回列表。maxsplit用于指定最大分割次數，不指定將全部分割。
    1import re
    2 
    3p = re.compile(r'\d+')
    4print p.split('one1two2three3four4')
    5 
    6### output ###
    7# ['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。
    1import re
    2 
    3p = re.compile(r'\d+')
    4print p.findall('one1two2three3four4')
    5 
    6### output ###
    7# ['1', '2', '3', '4']
  5. finditer(string[, pos[, endpos]]) | re.finditer(pattern, string[, flags]):
    搜索string，返回一個順序訪問每一個匹配結果（Match對象）的迭代器。
    1import re
    2 
    3p = re.compile(r'\d+')
    4for m in p.finditer('one1two2three3four4'):
    5    print m.group(),
    6 
    7### output ###
    8# 1 2 3 4
  6. sub(repl, string[, count]) | re.sub(pattern, repl, string[, count]):
    使用repl替換string中每一個匹配的子串后返回替換后的字符串。
    當repl是一個字符串時，可以使用\id或\g<id>、\g<name>引用分組，但不能使用編號0。
    當repl是一個方法時，這個方法應當只接受一個參數（Match對象），并返回一個字符串用于替換（返回的字符串中不能再引用分組）。
    count用于指定最多替換次數，不指定時全部替換。
    01import re
    02 
    03p = re.compile(r'(\w+) (\w+)')
    04s = 'i say, hello world!'
    05 
    06print p.sub(r'\2 \1', s)
    07 
    08def func(m):
    09    return m.group(1).title() + ' ' + m.group(2).title()
    10 
    11print p.sub(func, s)
    12 
    13### output ###
    14# say i, world hello!
    15# I Say, Hello World!
  7. subn(repl, string[, count]) |re.sub(pattern, repl, string[, count]):
    返回 (sub(repl, string[, count]), 替換次數)。
    01import re
    02 
    03p = re.compile(r'(\w+) (\w+)')
    04s = 'i say, hello world!'
    05 
    06print p.subn(r'\2 \1', s)
    07 
    08def func(m):
    09    return m.group(1).title() + ' ' + m.group(2).title()
    10 
    11print p.subn(func, s)
    12 
    13### output ###
    14# ('say i, world hello!', 2)
    15# ('I Say, Hello World!', 2)

以上就是Python對于正則表達式的支持。熟練掌握正則表達式是每一個程序員必須具備的技能，這年頭沒有不與字符串打交道的程序了。筆者也處于初級階段，與君共勉，^_^

另外，圖中的特殊構造部分沒有舉出例子，用到這些的正則表達式是具有一定難度的。有興趣可以思考一下，如何匹配不是以abc開頭的單詞，^_^

全文結束