一、元字符

元字符（metacharacter），它们并不能匹配自身，它们定义了字符类、子组匹配和模式重复次数等。元字符的完整列表：.   ^   $   *   +   ?   { }   [ ]   \   |   ( )

1、方括号 [ ]，它们指定一个字符类用于存放你需要匹配的字符集合。可以单独列出需要匹配的字符，也可以通过两个字符和一个横杆 - 指定匹配的范围。例如 [abc] 会匹配字符 a，b 或 c；[a-c] 可以实现相同的功能。后者使用范围来表示与前者相同的字符集合。如果你想只匹配小写字母，你的 RE 可以写成 [a-z]。

注意：元字符在方括号中不会触发“特殊功能”，在字符类中，它们只匹配自身。例如 [akm$] 会匹配任何字符 'a'，'k'，'m' 或 '$'，'$' 是一个元字符，但在方括号中它不表示特殊含义，它只匹配 '$' 字符本身。

你还可以匹配方括号中未列出的所有其他字符。做法是在类的开头添加一个脱字符号 ^ ，例如 [^5] 会匹配除了 '5' 之外的任何字符。

import re
print(re.search(r'[^5]','56789'))
<re.Match object; span=(1, 2), match='6'>

2、反斜杠 \ ，跟 Python 的字符串规则一样，如果在反斜杠后边紧跟着一个元字符，那么元字符的“特殊功能”也不会被触发。例如你需要匹配符号 [ 或 \，你可以在它们前面加上一个反斜杠，以消除它们的特殊功能：\[，\\。反斜杠后边跟一些字符还可以表示特殊的意义，例如表示十进制数字，表示所有的字母或者表示非空白的字符集合。

例如：\w 匹配任何单词字符。如果正则表达式以字节的形式表示，这相当于字符类 [a-zA-Z0-9_]
下边列举一些反斜杠加字符构成的特殊含义：

 它们可以包含在一个字符类中，并且一样拥有特殊含义。例如 [\s,.] 是一个字符类，它将匹配任何空白字符（\s 的特殊含义），',' 或 '.'。

3、点.，它匹配除了换行符以外的任何字符。如果设置了 re.DOTALL 标志，. 将匹配包括换行符在内的任何字符。

4、星*重复，当然它不是匹配 '*' 字符本身（我们说过元字符都是有特殊能力的），它用于指定前一个字符匹配零次或者多次。

例如 ca*t 将匹配 ct（0 个字符 a），cat（1 个字符 a），caaat（3 个字符 a），等等。需要注意的是，由于受到 C 语言的 int 类型大小的内部限制，正则表达式引擎会限制字符 'a' 的重复个数不超过 20 亿个

import re
print(re.search(r'ca*t','caaaatttt'))
<re.Match object; span=(0, 6), match='caaaat'>

正则表达式默认的重复规则是贪婪的，当你重复匹配一个 RE 时，匹配引擎会尝试尽可能多的去匹配。直到 RE 不匹配或者到了结尾，匹配引擎就会回退一个字符，然后再继续尝试匹配。
我们通过例子一步步的给大家讲解什么叫“贪婪”：先考虑一下表达式 a[bcd]*b，首先需要匹配字符 'a'，然后是零个到多个 [bcd]，最后以 'b' 结尾。那现在想象一下，这个 RE 匹配字符串 abcbd 会怎样？

5、+重复，用于指定前一个字符匹配一次或者多次。

注意 * 和 + 的区别：* 匹配的是零次或者多次，所以被重复的内容可能压根儿不会出现；+ 至少需要出现一次。例如 ca+t 会匹配 cat 和 caaat，但不会匹配 ct。

6、问号 ?重复，用于指定前一个字符匹配零次或者一次。你可以这么想，它的作用就是把某种东西标志位可选的。例如 小?黄人 可以匹配 小黄人，也可以匹配 黄人。

import re
print(re.search(r'小?黄人','小黄人'))
print(re.search(r'小?黄人','黄人'))
print(re.search(r'小?黄人','小小小黄人'))
<re.Match object; span=(0, 3), match='小黄人'>
<re.Match object; span=(0, 2), match='黄人'>
<re.Match object; span=(2, 5), match='小黄人'>

7、 {m,n}（m 和 n 都是十进制整数），上边讲到的几个元字符都可以使用它来表达，它的含义是前一个字符必须匹配 m 次到 n 次之间。例如 a/{1,3}b 会匹配 a/b，a//b 和 a///b。但不会匹配 ab（没有斜杠）；也不会匹配 a////b（斜杠超过三个）。
你可以省略 m 或者 n，这样的话，引擎会假定一个合理的值代替。省略 m，将被解释为下限 0；省略 n 则会被解释为无穷大（事实上是上边我们提到的 20 亿）。

如果是 {,n} 相当于 {0,n}；如果是 {m,} 相当于 {m,+无穷}；如果是 {n}，则是重复前一个字符 n 次。另外还有一个超容易出错的是写成 {m, n}，看着挺美，但注意，正则表达式里边不能随意添加空格，不然会改变原来的含义。

其实 *、+ 和 ? 都可以使用 {m,n} 来代替。{0,} 跟 * 是一样的；{1,} 跟 + 是一样的；{0,1} 跟 ? 是一样的。不过还是鼓励大家记住并使用 *、+ 和 ?，因为这些字符更短并且更容易阅读。

还有一个原因是匹配引擎对 * + ? 做了优化，效率要更高些。

二、使用正则表达式

Python 通过 re 模块为正则表达式引擎提供一个接口，同时允许你将正则表达式编译成模式对象，并用它们来进行匹配。

re 模块是使用 C 语言编写，所以效率比你用普通的字符串方法要高得多；将正则表达式进行编译（compile）也是为了进一步提高效率；后边我们会经常提到“模式”，指的就是正则表达式被编译成的模式对象。

1、实现匹配

当你将正则表达式编译之后，你就得到一个模式对象。那你拿他可以用来做什么呢？模式对象拥有很多方法和属性，我们下边列举最重要的几个来讲：

如果没有找到任何匹配的话，match() 和 search() 会返回 None；如果匹配成功，则会返回一个匹配对象（match object），包含所有匹配的信息：例如从哪儿开始，到哪儿结束，匹配的子字符串等等。

接下来我们一步步讲解：

>>> import re
>>> p = re.compile('[a-z]+')
>>> p
re.compile('[a-z]+')

现在，你可以尝试使用正则表达式 [a-z]+ 去匹配各种字符串。

例如：

>>> p.match("")
>>> print(p.match(""))
None

因为 + 表示匹配一次或者多次，所以空字符串不能被匹配。因此，match() 返回 None。

我们再尝试一个可以匹配的字符串：

>>> m = p.match('xiaohuangren')
>>> m
<re.Match object; span=(0, 12), match='xiaohuangren'>

在这个例子中，match() 返回一个匹配对象，我们将其存放在变量 m 中，以便日后使用。

接下来让我们来看看匹配对象里边有哪些信息吧。匹配对象包含了很多方法和属性，以下几个是最重要的：

>>> m.group()
'xiaohuangren'
>>> m.start()
0
>>> m.end()
12
>>> m.span()
(0, 12)

由于 match() 只检查正则表达式是否在字符串的起始位置匹配，所以 start() 总是返回 0。
然而，search() 方法可就不一样咯：

>>> print(p.match('^-^xiaohuangren'))
None
>>> m = p.search('^-^xiaohuangren')
>>> print(m)
<re.Match object; span=(3, 15), match='xiaohuangren'>
>>> m.group()
'xiaohuangren'
>>> m.span()
(3, 15)

在实际应用中，最常用的方式是将匹配对象存放在一个局部变量中，并检查其返回值是否为 None。
形式通常如下：

p = re.compile( ... )
m = p.match( 'string goes here' )
if m:
    print('Match found: ', m.group())
else:
    print('No match')

有两个方法可以返回所有的匹配结果，一个是 findall()，另一个是 finditer()。

findall() 返回的是一个列表：

>>> p = re.compile('\d+')
>>> p.findall('3只小黄人，10条腿，其他4条腿从哪里来的？')
['3', '10', '4']

findall() 需要在返回前先创建一个列表，而 finditer() 则是将匹配对象作为一个迭代器返回：

>>> iterator = p.finditer('3只小黄人，10条腿，其他4条腿从哪里来的？')
>>> iterator
<callable_iterator object at 0x0000000002FC0B38>
>>> for match in iterator:
    print(match.span())    
(0, 1)
(6, 8)
(13, 14)

如果列表很大，那么返回迭代器的效率要高很多。

2、模块级别的函数

使用正则表达式也并非一定要创建模式对象，然后调用它的匹配方法。因为，re 模块同时还提供了一些全局函数，例如 match()，search()，findall()，sub() 等等。这些函数的第一个参数是正则表达式字符串，其他参数跟模式对象同名的方法采用一样的参数；返回值也一样，同样是返回 None 或者匹配对象。

>>> print(re.match(r'From\s+','From_xiaohuangren,com'))
None
>>> re.match(r'From\s+','From xiaohuangren,com')
<re.Match object; span=(0, 5), match='From '>

其实，这些函数只是帮你自动创建一个模式对象，并调用相关的函数（上一篇的内容，还记得吗？）。它们还将编译好的模式对象存放在缓存中，以便将来可以快速地直接调用。
那我们到底是应该直接使用这些模块级别的函数呢，还是先编译一个模式对象，再调用模式对象的方法呢？这其实取决于正则表达式的使用频率，如果说我们这个程序只是偶尔使用到正则表达式，那么全局函数是比较方便的；如果我们的程序是大量的使用正则表达式（例如在一个循环中使用），那么建议你使用后一种方法，因为预编译的话可以节省一些函数调用。但如果是在循环外部，由于得益于内部缓存机制，两者效率相差无几。

3、编译标志

 编译标志让你可以修改正则表达式的工作方式。在 re 模块下，编译标志均有两个名字：完整名和简写，例如 IGNORECASE 简写是 I（如果你是 Perl 的粉丝，那么你有福了，因为这些简写跟 Perl 是一样的，例如 re.VERBOSE 的简写是 re.X）。另外，多个标志还可以同时使用（通过“|”），如：re.I | re.M 就是同时设置 I 和 M 标志。

下边列举一些支持的编译标志：

下面我们来详细讲解一下它们的含义：

A
ASCII
使得 \w，\W，\b，\B，\s 和 \S 只匹配 ASCII 字符，而不匹配完整的 Unicode 字符。这个标志仅对 Unicode 模式有意义，并忽略字节模式。

S
DOTALL
使得 . 可以匹配任何字符，包括换行符。如果不使用这个标志，. 将匹配除了换行符的所有字符。

I
IGNORECASE
字符类和文本字符串在匹配的时候不区分大小写。举个例子，正则表达式 [A-Z] 也将会匹配对应的小写字母，像 FishC 可以匹配 FishC，fishc 或 FISHC 等。如果你不设置 LOCALE，则不会考虑语言（区域）设置这方面的大小写问题。

L
LOCALE
使得 \w，\W，\b 和 \B 依赖当前的语言（区域）环境，而不是 Unicode 数据库。

区域设置是 C 语言的一个功能，主要作用是消除不同语言之间的差异。例如你正在处理的是法文文本，你想使用 \w+ 来匹配单词，但是 \w 只是匹配 [A-Za-z] 中的单词，并不会匹配 'é' 或 'ç'。如果你的系统正确的设置了法语区域环境，那么 C 语言的函数就会告诉程序 'é' 或 'ç' 也应该被认为是一个字符。当编译正则表达式的时候设置了 LOCALE 的标志，\w+ 就可以识别法文了，但速度多少会受到影响。

M
MULTILINE
（^ 和 $ 我们还没有提到，别着急，后边我们有细讲...）
通常 ^ 只匹配字符串的开头，而 $ 则匹配字符串的结尾。当这个标志被设置的时候，^ 不仅匹配字符串的开头，还匹配每一行的行首；& 不仅匹配字符串的结尾，还匹配每一行的行尾。

X
VERBOSE
这个标志使你的正则表达式可以写得更好看和更有条理，因为使用了这个标志，空格会被忽略（除了出现在字符类中和使用反斜杠转义的空格）；这个标志同时允许你在正则表达式字符串中使用注释，# 符号后边的内容是注释，不会递交给匹配引擎（除了出现在字符类中和使用反斜杠转义的 #）。

下边是使用 re.VERBOSE 的例子，大家看下正则表达式的可读性是不是提高了不少：

charref = re.compile(r"""
 &[#]                # 开始数字引用
 (
     0[0-7]+         # 八进制格式
   | [0-9]+          # 十进制格式
   | x[0-9a-fA-F]+   # 十六进制格式
 )
 ;                   # 结尾分号
""", re.VERBOSE)

如果没有设置 VERBOSE 标志，那么同样的正则表达式会写成：

charref = re.compile("&#(0[0-7]+|[0-9]+|x[0-9a-fA-F]+);")

三、更多强大的功能

1、更多元字符

还有一些元字符我们没有讲到，接下来我们继续

有些元字符它们不匹配任何字符，只是简单地表示成功或失败，因此这些字符也称之为零宽断言。例如 \b 表示当前位置位于一个单词的边界，但 \b 并不能改变位置。因此，零宽断言不应该被重复使用，因为 \b 并不会修改当前位置，所以 \b\b 跟 \b 是没什么两样的。

很多人可能不理解“改变位置”和“零宽断言”的意思？我尝试解释下，比如 abc 匹配完 a 之后，咱的当前位置就会移动，才能继续匹配 b，依次类推...但是 \babc 的话，\b 表示当前位置在单词的边界（单词的第一个字母或者最后一个字母），这时候当前位置不会发生改变，接着将 a 与当前位置的字符进行匹配......

|
或操作符，对两个正则表达式进行或操作。如果 A 和 B 是正则表达式，A | B 会匹配 A 或 B 中出现的任何字符。为了能够更加合理的工作，| 的优先级非常低。例如 Fish|C 应该匹配 Fish 或 C，而不是匹配 Fis，然后一个 'h' 或 'C'。
同样，我们使用 \| 来匹配 '|' 字符本身；或者包含在一个字符类中，像这样 [|]。

^
匹配字符串的起始位置。如果设置了 MULTILINE 标志，就会变成匹配每一行的起始位置。在 MULTILINE 中，每当遇到换行符就会立刻进行匹配。
举个例子，如果你只希望匹配位于字符串开头的单词 From，那么你的正则表达式可以写为 ^From：

>>> print(re.search('^From', 'From Here to Eternity'))
<re.Match object; span=(0, 4), match='From'>
>>> print(re.search('^From', 'Reciting From Memory'))
None

$
匹配字符串的结束位置，每当遇到换行符也会离开进行匹配

>>> print(re.search('}$', '{block}'))
<re.Match object; span=(6, 7), match='}'>
>>> print(re.search('}$', '{block} '))
None
>>> print(re.search('}$', '{block}\n'))
<re.Match object; span=(6, 7), match='}'>

同样，我们使用 \$ 来匹配 '$' 字符本身；或者包含在一个字符类中，像这样 [$]。

\A
只匹配字符串的起始位置。如果没有设置 MULTILINE 标志的时候，\A 和 ^ 的功能是一样的；但如果设置了 MULTILINE 标志，则会有一些不同：\A 还是匹配字符串的起始位置，但 ^ 会对字符串中的每一行都进行匹配。

\Z
只匹配字符串的结束位置。

\b
单词边界，这是一个只匹配单词的开始和结尾的零宽断言。“单词”定义为一个字母数字的序列，所以单词的结束指的是空格或者非字母数字的字符。
下边例子中，class 只有在出现一个完整的单词 class 时才匹配；如果出现在别的单词中，并不会匹配。

>>> p = re.compile(r'\bclass\b')
>>> print(p.search('no class at all'))
<re.Match object; span=(3, 8), match='class'>
>>> print(p.search('the declassified alroritem'))
None
>>> print(p.search('one subclass is'))
None

在使用这些特殊的序列的时候，有两点是需要注意的：第一点需要注意的是，Python 的字符串跟正则表达式在有些字符上是有冲突的（回忆之前反斜杠的例子）。比如说在 Python 中，\b 表示的是退格符（ASCII 码值是 8）。所以，你如果不使用原始字符串，Python 会将 \b 转换成退格符处理，这样就肯定跟你的预期不一样了。

下边的例子中，我们故意不写表示原始字符串的 'r'，结果确实大相庭径：

>>> p = re.compile('\bclass\b')
>>> print(p.search('no class at all'))
None
>>> print(p.search('\b' + 'class' + '\b'))  
<_sre.SRE_Match object; span=(0, 7), match='\x08class\x08'>

第二点需要注意的是，在字符类中不能使用这个断言。跟 Python 一样，在字符类中，\b 只是用来表示退格符。

\B
另一个零宽断言，与 \b 的含义相反，\B 表示非单词边界的位置。

分组
通常在实际的应用过程中，我们除了需要知道一个正则表达式是否匹配之外，还需要更多的信息。对于比较复杂的内容，正则表达式通常使用分组的方式分别对不同内容进行匹配。
下边的例子，我们将 RFC-822 头用“:”号分成名字和值分别匹配：