3.2 多选结构

上一节中用[1-9]\d{14}(\d{2}[\dx])?匹配身份证号,思路是把18位号码中多出的3位“合并”到匹配15位号码的表达式中。这里也可以分情况处理:

情况 表达式
15位身份证 [1-9]\d{14}
18位身份证 [1-9]\d{16}[\dx]

这两种情况只要有一个能匹配,就是合法的身份证号。需要用到括号的另一个功能:多选结构(alternative)。

多选结构的形式是(...|...),在括号内部用竖线|分隔开多个子表达式,这些子表达式也叫做多选分支(option);在一个多选结构内,多选分支的数量没有限制。在匹配时,整个多选结构就视为一个元素,只要其中某个子表达式能够匹配,整个多选结构就匹配成功;如果所有子表达式都不能匹配,则整个多选结构就匹配失败。多个子表达式之间是或的关系。

例3-9 用多选结构匹配身份证

idCardRegex = re.compile(r'^([1-9]\d{14}|[1-9]\d{16}[\dx])$')
print(idCardRegex.search('14112219900111022x'))
print(idCardRegex.search('123451234512345'))

多选结构在实际中经常遇到,比如匹配IP地址:IP地址(暂不考虑ipv6)分为四段,每段都是八位二进制数,换算成常见的是禁止,取值在0~255之间,之间以点号分割。

匹配一段数值在0~255之间的文本,思路如下:

情况 表达式
如果是一位数,那么,对数字没有限制 [0-9]
如果是二位数,那么,对数字没有限制 [0-9]{2}
如果是三位数,有三种情况 1[0-9][0-9]
2[0-4][0-9]
25[0-5]

如果文本符合其中任何一条规则,就可以判断“文本表示的数字在0~255之间”。正则表达式可以写为:^([0-9]|[0-9]{2}|1[0-9][0-9]|2[0-4][0-9]|25[0-5])$

匹配时间的正则:

时间 表达式
`(0?[1-9] 1[012])`
`(0?[1-9] [12]\d 3[01])`
小时 `(0?\d [01]\d 2[0-4])`
分钟 `(0?\d [1-5]\d 60)`

匹配手机号码:大陆手机号是11位,前三位是号段,到目前为止号段有130~139、150~153、155~156、180、182、185~189,后面8位无限制,再加上开头可能出现的0或+86,正则表达式可以写为:(0|+86)(13[0-9]|15[0-356]|18[025-9])\d{8}

多选结构还可以处理更复杂的问题,比如上一章的tag匹配问题,当时使用的表达式为<[^>]+>,但如果遇到tag内部出现>,比如<input name='xxx' value='>'>。这类问题字符组解决不了,需要用到多选结构。

仔细分析tag中的>之可能作为属性(attribute)出现在单引号字符串和双引号字符串中。根据html规范,引号字符串中不能出现嵌套转义的引号,所以单引号字符串可以用'[^']*'来匹配,双引号字符串可以用"[^"]*"来匹配,相应的,tag中的其他内容可以由[^'"]来匹配。所以最终版tag表达式为<('[^']*'|"[^"]*"|[^'"])+>

注意其中的量词,因为单引号字符串和双引号字符串都可以是空字符串,比如alt=''或alt="",所以匹配其中文本的内容使用*;而[^'"]则没有使用量词,因为它存在于多选结构中,做选结构外部有+限制,保证它不只匹配一个字符。

关于多选结构,最后还要补充三点:

  • 多选结构一般表示法为(option1|option2),但是如果没有出现括号(),只出现竖线|,仍然是多选结构。

    re.search(r"ab|cd", 'ab')  # True
    re.search(r"ab|cd", 'cd')  # True
    

    因为在多选结构中,竖线用来分隔多选分支,而括号用来贵定整个多选结构的范围,如果没有出现括号,则将整个表达式视为一个多选结构。所以ab|cd等价于(ab|cd)

    因为竖线|的优先级很低,所以^ab|cd$其实是(^ab|cd$),而不是^(ab|cd)$,它的真正意思是“ab开头或cd结尾的字符串”,而不是“只包含ab或cd的字符串”。

    print(re.search(r'^ab|cd$', 'abxxx'))  # True
    print(re.search(r'^ab|cd$', 'xxxcd'))  # True
    print(re.search(r'^(ab|cd)$', 'abc'))  # False
    print(re.search(r'^(ab|cd)$', 'bcd'))  # False
    
  • 多选分支并不等于字符组。多选分支看起来类似字符组,比如[abc]能匹配的字符串和(a|b|c)一样。理论上说,可以用多选结构来代替字符组,但这种做法并不推荐。理由在于:首先[abc](a|b|c)要简洁需要,在多选结构中的每个分支都必须列出来,不能使用类似字符组中的-范围表示法;其次,大多数情况下,[abc](a|b|c)的效率高很多。所以,能用字符组解决的问题,最好不用等价的多选结构。

    反过来,多选结构也不能由字符组代替。因为字符组的每个“分支”长度相同,且必须是单个字符;而多选结构的每个“分支”没有长度限制,甚至可以是复杂的表达式,字符组完全无能为力。

    多选分支和字符组的另一点重要区别:排除型字符组可以表示“无法由某几个字符匹配的字符”,多选结构却没有对应的结构表示“无法由某几个表达式匹配的字符串”。这个需求的实现方法会在后面的章节中讲到。

  • 多选结构的分支排列是有讲究的。比如这个表达式(jeff|jeffery),用它匹配jeffery,结果到底是jeff还是jeffery呢?在大多数语言中,多选结构都会优先选择最左侧的分支。

    print(re.search(r'(jeff|jeffrey)', 'jeffrey'))  # jeff
    print(re.search(r'(jeffrey|jeff)', 'jeffrey'))  # jeffrey
    

    在实际开发中可能会遇到这种情况:统计一段文本中“湖南”和“湖南省”分别出现的次数。如果直接查找“湖南”,可能会将“湖南省”中的“湖南”也找出来,如果使用多选结构(湖南省|湖南),就可以一次性找出所有的“河南”和“河南省”,再按照字符串长度分别计数,就可以得到两者出现的次数了。

    在平时使用中,如果出现多选结构,应当尽量避免多选分支中出现重复匹配,因为这样会大大增加回溯的计算量。也就是说,要避免这样的情况:针对多选结构(option1|option2),某段文本既可以由option1匹配,也可以由option2匹配。如果出现了这样的多选结构,效率可能会收到极大影响。

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