正则表达式（Regular Expressions, 简称 regex 或 RE）是一种强大的工具，用于匹配和操作字符串。Python 中的 re 模块提供了一整套操作正则表达式的功能，使得我们可以轻松地对字符串进行搜索、匹配、替换等操作。下面详细阐述正则表达式的使用及其常用操作。
1. 正则表达式基础
正则表达式由普通字符和特殊字符（也称为元字符）组成。元字符用于指定字符串的模式。以下是一些常用的元字符：
.: 匹配任意单个字符，除换行符外。^: 匹配字符串的开始。$: 匹配字符串的结尾。*: 匹配前一个字符 0 次或多次。+: 匹配前一个字符 1 次或多次。?: 匹配前一个字符 0 次或 1 次。[]: 匹配括号内的任意字符，例如[a-z]表示匹配任意小写字母。\: 转义字符，用于匹配元字符本身，比如\.匹配.，\\匹配\。
2. re 模块的常用操作
Python 的 re 模块提供了多种操作正则表达式的方法，常用的包括 match(), search(), findall(), sub() 等。
2.1 re.match()
re.match(pattern, string, flags=0) 用于从字符串的开头匹配正则表达式。如果开头部分匹配成功，返回一个匹配对象；否则返回 None。
import repattern = r'\d+'
string = "123abc456"
match = re.match(pattern, string)
if match:print("Match found:", match.group()) # 输出: Match found: 123
else:print("No match")
注意：match() 只从字符串的开始位置进行匹配，如果字符串开头不符合正则表达式，则返回 None。
2.2 re.search()
re.search(pattern, string, flags=0) 用于在整个字符串中搜索与正则表达式匹配的第一个位置。如果找到，返回一个匹配对象；否则返回 None。
import repattern = r'\d+'
string = "abc123def456"
search = re.search(pattern, string)
if search:print("Search found:", search.group()) # 输出: Search found: 123
else:print("No match")
与 match() 不同，search() 可以匹配字符串中的任意位置。
2.3 re.findall()
re.findall(pattern, string, flags=0) 返回字符串中所有与正则表达式匹配的非重叠匹配项，以列表形式返回。
import repattern = r'\d+'
string = "abc123def456"
matches = re.findall(pattern, string)
print("Findall results:", matches) # 输出: Findall results: ['123', '456']
findall() 是最常用的函数之一，它可以提取所有符合条件的字符串片段。
2.4 re.sub()
re.sub(pattern, repl, string, count=0, flags=0) 用于替换字符串中所有匹配正则表达式的部分。repl 可以是一个字符串或一个函数，用于替换匹配到的部分。
import repattern = r'\d+'
string = "abc123def456"
replaced_string = re.sub(pattern, "#", string)
print("Sub result:", replaced_string) # 输出: Sub result: abc#def#
sub() 函数常用于字符串的清理和格式化。
3. 其他常用函数
re.split(pattern, string, maxsplit=0, flags=0): 按照正则表达式的匹配项将字符串分割为列表。
import repattern = r'\d+'
string = "abc123def456"
splitted_list = re.split(pattern, string)
print("Split result:", splitted_list) # 输出: Split result: ['abc', 'def', '']
re.compile(pattern, flags=0): 将正则表达式编译成正则表达式对象，以提高匹配效率。
import repattern = re.compile(r'\d+')
string = "abc123def456"
matches = pattern.findall(string)
print("Compiled findall results:", matches) # 输出: Compiled findall results: ['123', '456']
4. 总结
正则表达式是处理字符串的利器，它可以高效地执行匹配、搜索、替换等操作。在 Python 中，re 模块提供了丰富的函数来使用正则表达式。match() 用于从字符串开头匹配，search() 在字符串中搜索第一个匹配项，findall() 返回所有匹配项，sub() 替换匹配项。掌握这些基本操作，可以大大提升处理字符串的效率。
此外，正则表达式还支持很多高级特性，如捕获组、非捕获组、前瞻和后顾等，使得它在复杂字符串处理任务中更加得心应手。