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Xpath 的使用

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Xpath 的使用

在用 Python 实现爬虫时，可以使用 requests 库访问资源，然后用正则表达式提取信息。

但是，这里会有一些繁琐，因为正则表达式的书写是比较严格的，万一有一个地方写错了，可能会导致匹配失败无法提取需要的信息。

对于网页的节点来说，可以定义 id、class 或其他属性。节点之间有层次关系，在网页中，其实可以通过 Xpath 定位一个或多个节点。

那么相应的，在页面解析的时候，利用 Xpath 定位节点，调用相应的方法获取正文或者属性，那么完全可以获取需要的信息。

在 Python 中，这个解析库叫 lxml，下面来介绍这个解析库的用法。

lxml 库

lxml 是 Python 的一个解析库，支持 HTML 和 XML 的解析，支持 XPath 解析方式，效率非常高。

使用 lxml 之前，需要先安装，可以使用如下命令：

$ pip install lxml

Xpath 简介

Xpath，全称 XML Path Language，即是 XML 路径语言。Xpath 是一门在 XML 文档中查找信息的语言，用于在 XML 文档中通过元素和属性进行导航，但同样适用于 HTML 文档的搜索。

在实现爬虫时，完全可以通过 Xpath 进行信息提取。

Xpath 的功能强大，使用路径表达式来选取 XML 或 HTML 文档中的节点或者节点集。Xpath 有超过 100 个内建的函数。这些函数可用于字符串、数值、日期和时间比较、节点、序列处理和逻辑值等等。

Xpath 于 1999 年 11 月 16 日成为 W3C 标准，被设计为供 XSLT、XPointer 以及其他 XML 解析软件使用。

Xpath 语法

前面提及了，Xpath 使用路径表达式选取文档中的节点或节点集。

下面罗列常用的路径表达式：

表达式	描述说明
nodename	选取此节点的所有子节点
/	从根节点选取
//	从当前节点选择子孙节点(不考虑它们的位置)
.	选取当前节点
…	选取当前节点的父节点
@	选取属性

上面罗列的内容属于常用部分，用示例来说明下具体的用法：

//div[@class="document"]

这就是一个 Xpath 路径表达式，代表的是选择名称为 div，属性 class 的值为 document 的节点。

在 Python 中，会通过 lxml 库，利用 Xpath 进行解析。

实例应用

通过实例了解使用 Xpath 对网页进行解析的过程，代码如下（下面 HTML 内容节选自豆瓣，稍作更改）：

# 先导入 lxml 库
from lxml import etree

text = """
<div>
    <ul>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/1007305/">红楼梦</a>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/4913064/">活着</a></li>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/6082808/">百年孤独</a></li>
        <li class="pl1"><a href="https://book.douban.com/subject/4820710/">1984</a></li>
    </ul>
</div>
"""

html = etree.HTML(text)
result = etree.tostring(html)
print(result.decode('utf-8'))

在上面的实例中，先导入 lxml 库中的 etree 模块，声明一段 HTML 文本，然后使用 etree 的 HTML 类进行初始化，构造一个 Xpath 解析对象。在这里需要注意一点，实例中，声明的 HTML 文本第 1 个节点没有闭合，但是 etree 模块会自动修正。

etree.toString() 方法用于输出修正后的 HTML 内容，不过该方法返回的是 byte 类型，输出的时候需要进行解码转换为 str 类型。

上面的输出结果如下：

<html><body><div>
    <ul>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/1007305/">&#32418;&#27004;&#26790;</a>
        </li><li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/4913064/">&#27963;&#30528;</a></li>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/6082808/">&#30334;&#24180;&#23396;&#29420;</a></li>
        <li class="pl1"><a href="https://book.douban.com/subject/4820710/">1984</a></li>
    </ul>
</div>
</body></html>

在这里可以看到 li 节点标签已经补全，同时自动添加了 body、html 节点。

上面的代码中，中文没有正常显示。这里属于编码的问题，可以将上面的代码稍微修改一下：

result = etree.tostring(html, encoding='gbk')
print(result.decode('gbk'))

再看输出结果：

<?xml version='1.0' encoding='gbk'?>
<html><body><div>
    <ul>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/1007305/">红楼梦</a>
        </li><li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/4913064/">活着
</a></li>
        <li class="pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/6082808/">百年孤独<
/a></li>
        <li class="pl1"><a href="https://book.douban.com/subject/4820710/">1984</a><
/li>
    </ul>
</div>
</body></html>

这里有所不同，前面多了个声明，同时标记编码方式为 GBK。

另外， lxml 库也可以直接读取文件进行解析，示例如下（先将上面的未修正的 HTML 内容放到 example.html 文件中）：

from lxml import etree

html = etree.parse('./example.html', etree.HTMLParser())
result = etree.tostring(html)
print(result.decode('utf-8'))

这个时候输出的结果会多一个 DOCTYPE 的声明。

Xpath 节点

所有节点

以 // 开头的 Xpath 表达式为选取所有符合要求的节点，沿用上面的例子：

...
result = html.xpath('//*')
print(result)

运行结果：

[<Element html at 0x4b34fc8>, <Element body at 0x4b3b108>, <Element div at 0x4b3b088>,
 <Element ul at 0x4b3b148>, <Element li at 0x4b3b188>, <Element a at 0x4b3b208>,
 <Element li at 0x4b3b248>, <Element a at 0x4b3b288>, <Element li at 0x4b3b2c8>,
 <Element a at 0x4b3b1c8>, <Element li at 0x4b3b308>, <Element a at 0x4b3b588>]

在这里， * 表示匹配所有的节点，由运行结果可以看出，返回的列表中，包括了 html, body, div, ul, li, a 所有节点。

当然 // 后面可以跟特定的节点，例如：

...
result = html.xpath('//a')
print(result)

运行结果：

[<Element a at 0x2d1d688>, <Element a at 0x2d1d648>, <Element a at 0x2d1d748>, <Element a at 0x2d1d788>]

子节点

/ 或者 // 可以用来定位子节点或者子孙节点，例如定位 li 节点的所有 a 节点：

...
result = html.xpath('//li/a')
print(result)

运行结果：

[<Element a at 0x2cfd688>, <Element a at 0x2cfd648>, <Element a at 0x2cfd748>, <Element a at 0x2cfd788>]

在这里可以看到，与上面直接用 //a 表达式获取的结果相同，但这里有所区别，//a 表达式找的所有的 a 节点，//li/a 这里找的是所有 li 节点的所有直接 a 子节点。

比如，有如下标签内容：

<title><a href="link.html">Title</a></title>

用这个示例来区分，根据上面的区分解释，在这里用 //a 是可以匹配到这项内容，但是 //li/a 则匹配不到，因为示例中 a 节点并非 li 节点的直接子节点。

在原来的 HTML 文档内容中，a 是 li 的直接节点，也是 ul 的子孙节点，那么要定位 a 节点，也可以按照如下的表达式来写：

...
result = html.xpath('//ul//a')
print(result)

这里得到的结果跟上面是一致的：

[<Element a at 0x2cfd688>, <Element a at 0x2cfd648>, <Element a at 0x2cfd748>, <Element a at 0x2cfd788>]

但是要注意，不能够写成 //ul/a，因为 a 并非 ul 的直接子节点，如果这样写则无法匹配，返回空列表。

所以要对 / 和 // 加以区分，/ 用于获取直接子节点，//用于获取子孙节点。

父节点

获取父节点的信息，用 .. 来实现，例如：

<li class="p12"><a href="https://book.douban.com/subject/1007305/"></a>红楼梦</li>

想要获取 href 属性为 "https://book.douban.com/subject/1007305/" 的 a 节点的父节点属性。

代码如下：

...
result = html.xpath('//a[@href="https://book.douban.com/subject/1007305/"]/../@class')
print(result)

运行结果：

['pl2']

这个结果正是父节点的属性。

属性

节点中，属性可存在单值或多值的情况，一个节点也可以有多个属性，当出现这些情况时，使用的表达式往往不能够一成不变，需要针对性进行书写。

单值匹配

在上面的例子中，其实已经使用属性匹配，@ 符号用于属性过滤。在上面的例子当中，有一个属性跟其他的不同，现在将其定位，代码实现：

...
result = html.xpath('//li[@class="pl1"]')
print(result)

运行结果：

[<Element li at 0x2cfd688>]

[@class="pl1"] 这部分对定位进行了限制，找的是 class 属性值为 pl1 的节点。

多值匹配

属性有时候可能不止 1 个，如下示例：

<li class="pl1 pl2"><a href="https://book.douban.com/subject/4820710/">1984</a></li>

将 li 的属性值改为 pl1 pl2，如果还是用原来的表达式的话：

...
result = html.xpath('//li[@class="pl1"]')
print(result)

得到的是空列表：

[]

这个时候，要考虑使用 contains() 方法，这个方法需要的参数有：第一个参数是属性名称，第二个参数是属性值。该方法的实现过程是，若第一个参数属性包含第二个参数中的属性值，则可以匹配成功。例如：

...
result = html.xpath('//li[contains(@class, "pl1")]')
print(result)

运行结果：

[<Element li at 0x2d1d648>]

这个方法在属性值不止 1 个的情况下，非常有用。

多属性匹配

在节点中，除了单个属性可以有多个值之外，也可以有多个属性。假设有如下节点：

<li class="pl1 pl2" name="item"><a href="https://book.douban.com/subject/4820710/">1984</a></li>

这种情况要用到 Xpath 运算符，下面罗列常用的运算符：

运算符	描述	实例	返回值
\|	计算两个节点集	//book \| //cd	返回拥有 book 和 cd 元素的节点
+	加法	6 + 4	10
-	减法	6 - 4	2
*	乘法	6 * 4	24
div	除法	9 div 3	3
=	等于	stature=178	当 stature 为 178 时，返回 true；否则，返回 false.
!=	不等于	stature!=178	当 stature 不是 178 时，返回 true；否则，返回 false
<	小于	stature<178	当 stature 为 177 时，返回 true；当 stature 为 179 时，返回 false
<=	小于或等于	stature<=178	当 stature 为 177 时，返回 true；当 stature 为 179 时，返回 false
>	大于	stature>178	当 stature 为 179 时，返回 true；当 stature 为 177 时，返回 false
>=	大于	stature>=178	当 stature 为 179 时，返回 true；当 stature 为 177 时，返回 false
or	或	stature=178 or stature=179	当 stature=178 时，返回 true；当 stature=175 时，返回 false
and	与	stature>175 and stature<178	当 stature=178 时，返回 true；当 stature=165 时，返回 false
mod	取余	5 mod 2	1

在这里，使用 and 运算符将多个属性连接：

...
result = html.xpath('//li[contains(@class, "pl1") and @name="item"]')
print(result)

运算结果：

[<Element li at 0x2cfd688>]

获取属性

这里要与上面区分开，上面都是根据属性去定位节点。现在是想查找某个节点的确切属性。例如查找 li 下 a 节点的 href 属性：

...
result = html.xpath('//li/a/@href')
print(result)

返回结果：

['https://book.douban.com/subject/1007305/', 'https://book.douban.com/subject/4913064/', 'https://book.douban.com/subject/6082808/', 'https://book.douban.com/subject/4820710/']

这里 /@href 是为了获取节点属性，上面 [@class="pl1"] 是为了限定属性查找节点，要加以区分。

文本获取

Xpath 用 text() 方法获取文本，现在尝试获取上面属性所演示的示例，获取节点中的文本，同时验证上面定位的是否是属性值为 pl1 的节点：

...
result = html.xpath('//li[@class="pl1"]/a/text()')
print(result)

运行结果：

['1984']

从结果来看，上面属性示例中返回的节点，的确是属性值为 pl1 的节点。这里需要注意，因为文本是被 a 节点包裹着的，如果直接在 li 节点下使用 /text() 是获取不到想要的信息的。如果改成 //text() 表达式，则可以获取所有子孙节点的文本，但这里可能获取的内容会有些偏差，有可能会获取到换行符，这个并不是想要的信息。如下示例：

result = html.xpath('//li[@class="pl1"]//text()')
print(result)

# 输出结果：
# ['\n        ', '1984', '\n        ']

这里就是需要注意的地方，如果要想获取特定子节点的文本，首先建议先找到特定的子节点，然后在子节点下使用 text() 方法，这样确保获取的信息是整洁的。

Xpath 轴

轴可定义相对当前节点的节点集。

先罗列一些简单的轴及其含义：

轴名称	含义
ancestor	选取当前节点的所有祖先节点
attribute	选取当前节点的所有属性
child	选取当前节点的所有直接子节点
descendant	选取当前节点的所有子孙节点
following	选取当前节点之后的所有节点

更多轴的详细用法可参考：https://www.w3school.com.cn/xpath/xpath_axes.asp

使用轴的语法：

轴名称::节点测试[谓语]

沿用上面的例子，关于轴的简单实例：

例子	结果
//li/ancestor:: *	选取 li 节点的所有祖先节点
//li/ancestor::div	这里加了 div 加以限定，所以仅返回 div 节点
//li/attribute:: *	获取 li 节点的所有属性
//li/child::a[@href="#"]	这里加了限定条件，所以仅返回 href 属性为 # 的 a 节点
//li/descentdant:: *	获取 li 节点的所有子孙节点
//li/following:: *	获取 li 节点后续的所有节点