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第33课：用Python解析HTML页面

在前面的课程中，我们讲到了使用request三方库获取网络资源，还介绍了一些前端的基础知识。接下来，我们继续探索如何解析 HTML 代码，从页面中提取出有用的信息。之前，我们尝试过用正则表达式的捕获组操作提取页面内容，但是写出一个正确的正则表达式也是一件让人头疼的事情。为了解决这个问题，我们得先深入的了解一下 HTML 页面的结构，并在此基础上研究另外的解析页面的方法。

HTML 页面的结构

我们在浏览器中打开任意一个网站，然后通过鼠标右键菜单，选择“显示网页源代码”菜单项，就可以看到网页对应的 HTML 代码。

代码的第1行是文档类型声明，第2行的<html>标签是整个页面根标签的开始标签，最后一行是根标签的结束标签</html>。<html>标签下面有两个子标签<head>和<body>，放在<body>标签下的内容会显示在浏览器窗口中，这部分内容是网页的主体；放在<head>标签下的内容不会显示在浏览器窗口中，但是却包含了页面重要的元信息，通常称之为网页的头部。HTML 页面大致的代码结构如下所示。

<!doctype html>
<html>
    <head>
        <!-- 页面的元信息，如字符编码、标题、关键字、媒体查询等 -->
    </head>
    <body>
        <!-- 页面的主体，显示在浏览器窗口中的内容 -->
    </body>
</html>

标签、层叠样式表（CSS）、JavaScript 是构成 HTML 页面的三要素，其中标签用来承载页面要显示的内容，CSS 负责对页面的渲染，而 JavaScript 用来控制页面的交互式行为。要实现 HTML 页面的解析，可以使用 XPath 的语法，它原本是 XML 的一种查询语法，可以根据 HTML 标签的层次结构提取标签中的内容或标签属性；此外，也可以使用 CSS 选择器来定位页面元素，就跟用 CSS 渲染页面元素是同样的道理。

XPath 解析

XPath 是在 XML（eXtensible Markup Language）文档中查找信息的一种语法，XML 跟 HTML 类似也是一种用标签承载数据的标签语言，不同之处在于 XML 的标签是可扩展的，可以自定义的，而且 XML 对语法有更严格的要求。XPath 使用路径表达式来选取 XML 文档中的节点或者节点集，这里所说的节点包括元素、属性、文本、命名空间、处理指令、注释、根节点等。下面我们通过一个例子来说明如何使用 XPath 对页面进行解析。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<bookstore>
    <book>
      <title lang="eng">Harry Potter</title>
      <price>29.99</price>
    </book>
    <book>
      <title lang="zh">Learning XML</title>
      <price>39.95</price>
    </book>
</bookstore>

对于上面的 XML 文件，我们可以用如下所示的 XPath 语法获取文档中的节点。

路径表达式	结果
`/bookstore`	选取根元素 bookstore。注意：假如路径起始于正斜杠( / )，则此路径始终代表到某元素的绝对路径！
`//book`	选取所有 book 子元素，而不管它们在文档中的位置。
`//@lang`	选取名为 lang 的所有属性。
`/bookstore/book[1]`	选取属于 bookstore 子元素的第一个 book 元素。
`/bookstore/book[last()]`	选取属于 bookstore 子元素的最后一个 book 元素。
`/bookstore/book[last()-1]`	选取属于 bookstore 子元素的倒数第二个 book 元素。
`/bookstore/book[position()<3]`	选取最前面的两个属于 bookstore 元素的子元素的 book 元素。
`//title[@lang]`	选取所有拥有名为 lang 的属性的 title 元素。
`//title[@lang='eng']`	选取所有 title 元素，且这些元素拥有值为 eng 的 lang 属性。
`/bookstore/book[price>35.00]`	选取 bookstore 元素的所有 book 元素，且其中的 price 元素的值须大于 35.00。
`/bookstore/book[price>35.00]/title`	选取 bookstore 元素中的 book 元素的所有 title 元素，且其中的 price 元素的值须大于 35.00。

XPath还支持通配符用法，如下所示。

路径表达式	结果
`/bookstore/*`	选取 bookstore 元素的所有子元素。
`//*`	选取文档中的所有元素。
`//title[@*]`	选取所有带有属性的 title 元素。

如果要选取多个节点，可以使用如下所示的方法。

路径表达式	结果
`//book/title \| //book/price`	选取 book 元素的所有 title 和 price 元素。
`//title \| //price`	选取文档中的所有 title 和 price 元素。
`/bookstore/book/title \| //price`	选取属于 bookstore 元素的 book 元素的所有 title 元素，以及文档中所有的 price 元素。

说明：上面的例子来自于“菜鸟教程”网站上的 XPath 教程，有兴趣的读者可以自行阅读原文。

当然，如果不理解或不熟悉 XPath 语法，可以在浏览器的开发者工具中按照如下所示的方法查看元素的 XPath 语法，下图是在 Chrome 浏览器的开发者工具中查看豆瓣网电影详情信息中影片标题的 XPath 语法。

实现 XPath 解析需要三方库lxml 的支持，可以使用下面的命令安装lxml。

pip install lxml

下面我们用 XPath 解析方式改写之前获取豆瓣电影 Top250的代码，如下所示。

from lxml import etree
import requests

for page in range(1, 11):
    resp = requests.get(
        url=f'https://movie.douban.com/top250?start={(page - 1) * 25}',
        headers={'User-Agent': 'BaiduSpider'}
    )
    tree = etree.HTML(resp.text)
    # 通过XPath语法从页面中提取电影标题
    title_spans = tree.xpath('//*[@id="content"]/div/div[1]/ol/li/div/div[2]/div[1]/a/span[1]')
    # 通过XPath语法从页面中提取电影评分
    rank_spans = tree.xpath('//*[@id="content"]/div/div[1]/ol/li[1]/div/div[2]/div[2]/div/span[2]')
    for title_span, rank_span in zip(title_spans, rank_spans):
        print(title_span.text, rank_span.text)

CSS 选择器解析

对于熟悉 CSS 选择器和 JavaScript 的开发者来说，通过 CSS 选择器获取页面元素可能是更为简单的选择，因为浏览器中运行的 JavaScript 本身就可以document对象的querySelector()和querySelectorAll()方法基于 CSS 选择器获取页面元素。在 Python 中，我们可以利用三方库beautifulsoup4或pyquery来做同样的事情。Beautiful Soup 可以用来解析 HTML 和 XML 文档，修复含有未闭合标签等错误的文档，通过为待解析的页面在内存中创建一棵树结构，实现对从页面中提取数据操作的封装。可以用下面的命令来安装 Beautiful Soup。

pip install beautifulsoup4

下面是使用bs4改写的获取豆瓣电影Top250电影名称的代码。

import bs4
import requests

for page in range(1, 11):
    resp = requests.get(
        url=f'https://movie.douban.com/top250?start={(page - 1) * 25}',
        headers={'User-Agent': 'BaiduSpider'}
    )
    # 创建BeautifulSoup对象
    soup = bs4.BeautifulSoup(resp.text, 'lxml')
    # 通过CSS选择器从页面中提取包含电影标题的span标签
    title_spans = soup.select('div.info > div.hd > a > span:nth-child(1)')
    # 通过CSS选择器从页面中提取包含电影评分的span标签
    rank_spans = soup.select('div.info > div.bd > div > span.rating_num')
    for title_span, rank_span in zip(title_spans, rank_spans):
        print(title_span.text, rank_span.text)

关于 BeautifulSoup 更多的知识，可以参考它的官方文档。

简单的总结

下面我们对三种解析方式做一个简单比较。

解析方式	对应的模块	速度	使用难度
正则表达式解析	`re`	快	困难
XPath 解析	`lxml`	快	一般
CSS 选择器解析	`bs4`或`pyquery`	不确定	简单