[Python3网络爬虫开发实战] 4.1-使用XPath

XPath，全称XML Path Language，即XML路径语言，它是一门在XML文档中查找信息的语言。它最初是用来搜寻XML文档的，但是它同样适用于HTML文档的搜索。

所以在做爬虫时，我们完全可以使用XPath来做相应的信息抽取。本节中，我们就来介绍XPath的基本用法。

1. XPath概览

XPath的选择功能十分强大，它提供了非常简洁明了的路径选择表达式。另外，它还提供了超过100个内建函数，用于字符串、数值、时间的匹配以及节点、序列的处理等。几乎所有我们想要定位的节点，都可以用XPath来选择。

XPath于1999年11月16日成为W3C标准，它被设计为供XSLT、XPointer以及其他XML解析软件使用，更多的文档可以访问其官方网站：https://www.w3.org/TR/xpath/。

2. XPath常用规则

表4-1列举了XPath的几个常用规则。

表4-1 XPath常用规则

表达式	描述
`nodename`	选取此节点的所有子节点
`/`	从当前节点选取直接子节点
`//`	从当前节点选取子孙节点
`.`	选取当前节点
`..`	选取当前节点的父节点
`@`	选取属性

这里列出了XPath的常用匹配规则，示例如下：

1	//title[@lang='eng']

这就是一个XPath规则，它代表选择所有名称为title，同时属性lang的值为eng的节点。

后面会通过Python的lxml库，利用XPath进行HTML的解析。

3. 准备工作

使用之前，首先要确保安装好lxml库，若没有安装，可以参考第1章的安装过程。

4. 实例引入

现在通过实例来感受一下使用XPath来对网页进行解析的过程，相关代码如下：

from lxml import etree

text = '''

<div>

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</ul>

</div>

'''

html = etree.HTML(text)

result = etree.tostring(html)

print(result.decode('utf-8'))

这里首先导入lxml库的etree模块，然后声明了一段HTML文本，调用HTML类进行初始化，这样就成功构造了一个XPath解析对象。这里需要注意的是，HTML文本中的最后一个li节点是没有闭合的，但是etree模块可以自动修正HTML文本。

这里我们调用tostring()方法即可输出修正后的HTML代码，但是结果是bytes类型。这里利用decode()方法将其转成str类型，结果如下：

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</li></ul>

</div>

</body></html>

可以看到，经过处理之后，li节点标签被补全，并且还自动添加了body、html节点。

另外，也可以直接读取文本文件进行解析，示例如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = etree.tostring(html)

print(result.decode('utf-8'))

其中test.html的内容就是上面例子中的HTML代码，内容如下：

<div>

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</ul>

</div>

这次的输出结果略有不同，多了一个DOCTYPE的声明，不过对解析无任何影响，结果如下：

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/REC-html40/loose.dtd">

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</li></ul>

</div></body></html>

5. 所有节点

我们一般会用//开头的XPath规则来选取所有符合要求的节点。这里以前面的HTML文本为例，如果要选取所有节点，可以这样实现：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

运行结果如下：

[<Element html at 0x10510d9c8>, <Element body at 0x10510da08>, <Element div at 0x10510da48>, <Element ul at 0x10510da88>, <Element li at 0x10510dac8>, <Element a at 0x10510db48>, <Element li at 0x10510db88>, <Element a at 0x10510dbc8>, <Element li at 0x10510dc08>, <Element a at 0x10510db08>, <Element li at 0x10510dc48>, <Element a at 0x10510dc88>, <Element li at 0x10510dcc8>, <Element a at 0x10510dd08>]

这里使用*代表匹配所有节点，也就是整个HTML文本中的所有节点都会被获取。可以看到，返回形式是一个列表，每个元素是Element类型，其后跟了节点的名称，如html、body、div、ul、li、a等，所有节点都包含在列表中了。

当然，此处匹配也可以指定节点名称。如果想获取所有li节点，示例如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

print(result[0])

这里要选取所有li节点，可以使用//，然后直接加上节点名称即可，调用时直接使用xpath()方法即可。

运行结果：

1 2	[<Element li at 0x105849208>, <Element li at 0x105849248>, <Element li at 0x105849288>, <Element li at 0x1058492c8>, <Element li at 0x105849308>] <Element li at 0x105849208>

这里可以看到提取结果是一个列表形式，其中每个元素都是一个 Element对象。如果要取出其中一个对象，可以直接用中括号加索引，如[0]。

6. 子节点

我们通过/或//即可查找元素的子节点或子孙节点。假如现在想选择li节点的所有直接a子节点，可以这样实现：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

这里通过追加/a即选择了所有li节点的所有直接a子节点。因为//li用于选中所有li节点，/a用于选中li节点的所有直接子节点a，二者组合在一起即获取所有li节点的所有直接a子节点。

运行结果如下：

1	[<Element a at 0x106ee8688>, <Element a at 0x106ee86c8>, <Element a at 0x106ee8708>, <Element a at 0x106ee8748>, <Element a at 0x106ee8788>]

此处的/用于选取直接子节点，如果要获取所有子孙节点，就可以使用//。例如，要获取ul节点下的所有子孙a节点，可以这样实现：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

运行结果是相同的。

但是如果这里用//ul/a，就无法获取任何结果了。因为/用于获取直接子节点，而在ul节点下没有直接的a子节点，只有li节点，所以无法获取任何匹配结果，代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

运行结果如下：

[]

因此，这里我们要注意/和//的区别，其中/用于获取直接子节点，//用于获取子孙节点。

7. 父节点

我们知道通过连续的/或//可以查找子节点或子孙节点，那么假如我们知道了子节点，怎样来查找父节点呢？这可以用..来实现。

比如，现在首先选中href属性为link4.html的a节点，然后再获取其父节点，然后再获取其class属性，相关代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//a[@href="link4.html"]/../@class')

print(result)

运行结果如下：

1	['item-1']

检查一下结果发现，这正是我们获取的目标li节点的class。

同时，我们也可以通过parent::来获取父节点，代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//a[@href="link4.html"]/parent::*/@class')

print(result)

8. 属性匹配

在选取的时候，我们还可以用@符号进行属性过滤。比如，这里如果要选取class为item-1的li节点，可以这样实现:

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//li[@class="item-0"]')

print(result)

这里我们通过加入[@class="item-0"]，限制了节点的class属性为item-0，而HTML文本中符合条件的li节点有两个，所以结果应该返回两个匹配到的元素。结果如下：

1	[<Element li at 0x10a399288>, <Element li at 0x10a3992c8>]

可见，匹配结果正是两个，至于是不是那正确的两个，后面再验证。

9. 文本获取

我们用XPath中的text()方法获取节点中的文本，接下来尝试获取前面li节点中的文本，相关代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//li[@class="item-0"]/text()')

print(result)

运行结果如下：

['\n ']

奇怪的是，我们并没有获取到任何文本，只获取到了一个换行符，这是为什么呢？因为XPath中text()前面是/，而此处/的含义是选取直接子节点，很明显li的直接子节点都是a节点，文本都是在a节点内部的，所以这里匹配到的结果就是被修正的li节点内部的换行符，因为自动修正的li节点的尾标签换行了。

即选中的是这两个节点：

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</li>

其中一个节点因为自动修正，li节点的尾标签添加的时候换行了，所以提取文本得到的唯一结果就是li节点的尾标签和a节点的尾标签之间的换行符。

因此，如果想获取li节点内部的文本，就有两种方式，一种是先选取a节点再获取文本，另一种就是使用//。接下来，我们来看下二者的区别。

首先，选取到a节点再获取文本，代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//li[@class="item-0"]/a/text()')

print(result)

运行结果如下：

1	['first item', 'fifth item']

可以看到，这里的返回值是两个，内容都是属性为item-0的li节点的文本，这也印证了前面属性匹配的结果是正确的。

这里我们是逐层选取的，先选取了li节点，又利用/选取了其直接子节点a，然后再选取其文本，得到的结果恰好是符合我们预期的两个结果。

再来看下用另一种方式（即使用//）选取的结果，代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

result = html.xpath('//li[@class="item-0"]//text()')

print(result)

运行结果如下：

1	['first item', 'fifth item', '\n ']

不出所料，这里的返回结果是3个。可想而知，这里是选取所有子孙节点的文本，其中前两个就是li的子节点a节点内部的文本，另外一个就是最后一个li节点内部的文本，即换行符。

所以说，如果要想获取子孙节点内部的所有文本，可以直接用//加text()的方式，这样可以保证获取到最全面的文本信息，但是可能会夹杂一些换行符等特殊字符。如果想获取某些特定子孙节点下的所有文本，可以先选取到特定的子孙节点，然后再调用text()方法获取其内部文本，这样可以保证获取的结果是整洁的。

10. 属性获取

我们知道用text()可以获取节点内部文本，那么节点属性该怎样获取呢？其实还是用@符号就可以。例如，我们想获取所有li节点下所有a节点的href属性，代码如下：

from lxml import etree

html = etree.parse('./test.html', etree.HTMLParser())

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

print(result)

这里我们通过@href即可获取节点的href属性。注意，此处和属性匹配的方法不同，属性匹配是中括号加属性名和值来限定某个属性，如[@href="link1.html"]，而此处的@href指的是获取节点的某个属性，二者需要做好区分。

运行结果如下：

1	['link1.html', 'link2.html', 'link3.html', 'link4.html', 'link5.html']

可以看到，我们成功获取了所有li节点下a节点的href属性，它们以列表形式返回。

11. 属性多值匹配

有时候，某些节点的某个属性可能有多个值，例如：

from lxml import etree

text = '''

<li class="li li-first"><a href="link.html">first item</a></li>

'''

html = etree.HTML(text)

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

print(result)

这里HTML文本中li节点的class属性有两个值li和li-first，此时如果还想用之前的属性匹配获取，就无法匹配了，此时的运行结果如下：

[]

这时就需要用contains()函数了，代码可以改写如下：

from lxml import etree

text = '''

<li class="li li-first"><a href="link.html">first item</a></li>

'''

html = etree.HTML(text)

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

print(result)

这样通过contains()方法，第一个参数传入属性名称，第二个参数传入属性值，只要此属性包含所传入的属性值，就可以完成匹配了。

此时运行结果如下：

1	['first item']

此种方式在某个节点的某个属性有多个值时经常用到，如某个节点的class属性通常有多个。

12. 多属性匹配

另外，我们可能还遇到一种情况，那就是根据多个属性确定一个节点，这时就需要同时匹配多个属性。此时可以使用运算符and来连接，示例如下：

from lxml import etree

text = '''

<li class="li li-first" name="item"><a href="link.html">first item</a></li>

'''

html = etree.HTML(text)

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

print(result)

这里的li节点又增加了一个属性name。要确定这个节点，需要同时根据class和name属性来选择，一个条件是class属性里面包含li字符串，另一个条件是name属性为item字符串，二者需要同时满足，需要用and操作符相连，相连之后置于中括号内进行条件筛选。运行结果如下：

1	['first item']

这里的and其实是XPath中的运算符。另外，还有很多运算符，如or、mod等，在此总结为表4-2。

表4-2 运算符及其介绍

运算符	描述	实例	返回值
`or`	或	`age=19 or age=20`	如果`age`是19，则返回`true`。如果`age`是21，则返回`false`
`and`	与	`age>19 and age<21`	如果`age`是20，则返回`true`。如果`age`是`18`，则返回`false`
`mod`	计算除法的余数	`5 mod 2`	1
`\|`	计算两个节点集	`//book \| //cd`	返回所有拥有`book`和`cd`元素的节点集
`+`	加法	`6 + 4`	10
`-`	减法	`6 - 4`	2
`*`	乘法	`6 * 4`	24
`div`	除法	`8 div 4`	2
`=`	等于	`age=19`	如果`age`是19，则返回`true`。如果`age`是20，则返回`false`
`!=`	不等于	`age!=19`	如果`age`是18，则返回`true`。如果`age`是19，则返回`false`
`<`	小于	`age<19`	如果`age`是18，则返回`true`。如果`age`是19，则返回`false`
`<=`	小于或等于	`age<=19`	如果`age`是19，则返回`true`。如果`age`是20，则返回`false`
`>`	大于	`age>19`	如果`age`是20，则返回`true`。如果`age`是19，则返回`false`
`>=`	大于或等于	`age>=19`	如果`age`是19，则返回`true`。如果`age`是18，则返回`false`

此表参考来源：http://www.w3school.com.cn/xpath/xpath_operators.asp。

13. 按序选择

有时候，我们在选择的时候某些属性可能同时匹配了多个节点，但是只想要其中的某个节点，如第二个节点或者最后一个节点，这时该怎么办呢？

这时可以利用中括号传入索引的方法获取特定次序的节点，示例如下：

from lxml import etree

text = '''

<div>

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html">first item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</ul>

</div>

'''

html = etree.HTML(text)

result = html.xpath('//li[1]/a/text()')

print(result)

result = html.xpath('//li[last()]/a/text()')

print(result)

result = html.xpath('//li[position()<3]/a/text()')

print(result)

result = html.xpath('//li[last()-2]/a/text()')

print(result)

第一次选择时，我们选取了第一个li节点，中括号中传入数字1即可。注意，这里和代码中不同，序号是以1开头的，不是以0开头。

第二次选择时，我们选取了最后一个li节点，中括号中传入last()即可，返回的便是最后一个li节点。

第三次选择时，我们选取了位置小于3的li节点，也就是位置序号为1和2的节点，得到的结果就是前两个li节点。

第四次选择时，我们选取了倒数第三个li节点，中括号中传入last()-2即可。因为last()是最后一个，所以last()-2就是倒数第三个。

运行结果如下：

['first item']

['fifth item']

['first item', 'second item']

['third item']

这里我们使用了last()、position()等函数。在XPath中，提供了100多个函数，包括存取、数值、字符串、逻辑、节点、序列等处理功能，它们的具体作用可以参考：http://www.w3school.com.cn/xpath/xpath_functions.asp。

14. 节点轴选择

XPath提供了很多节点轴选择方法，包括获取子元素、兄弟元素、父元素、祖先元素等，示例如下：

from lxml import etree

text = '''

<div>

<ul>

<li class="item-0"><a href="link1.html"><span>first item</span></a></li>

<li class="item-1"><a href="link2.html">second item</a></li>

<li class="item-inactive"><a href="link3.html">third item</a></li>

<li class="item-1"><a href="link4.html">fourth item</a></li>

<li class="item-0"><a href="link5.html">fifth item</a>

</ul>

</div>

'''

html = etree.HTML(text)

result = html.xpath('//li[1]/ancestor::*')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/ancestor::div')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/attribute::*')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/child::a[@href="link1.html"]')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/descendant::span')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/following::*[2]')

print(result)

result = html.xpath('//li[1]/following-sibling::*')<code class="lang-python">

<span class="kwd">print</span><span class="pun">(</span><span class="pln">result</span><span class="pun">)</span>

运行结果如下：

[<Element html at 0x107941808>, <Element body at 0x1079418c8>, <Element div at 0x107941908>, <Element ul at 0x107941948>]

[<Element div at 0x107941908>]

['item-0']

[<Element a at 0x1079418c8>]

[<Element span at 0x107941948>]

[<Element a at 0x1079418c8>]

[<Element li at 0x107941948>, <Element li at 0x107941988>, <Element li at 0x1079419c8>, <Element li at 0x107941a08>]

第一次选择时，我们调用了ancestor轴，可以获取所有祖先节点。其后需要跟两个冒号，然后是节点的选择器，这里我们直接使用*，表示匹配所有节点，因此返回结果是第一个li节点的所有祖先节点，包括html、body、div和ul。

第二次选择时，我们又加了限定条件，这次在冒号后面加了div，这样得到的结果就只有div这个祖先节点了。

第三次选择时，我们调用了attribute轴，可以获取所有属性值，其后跟的选择器还是*，这代表获取节点的所有属性，返回值就是li节点的所有属性值。

第四次选择时，我们调用了child轴，可以获取所有直接子节点。这里我们又加了限定条件，选取href属性为link1.html的a节点。

第五次选择时，我们调用了descendant轴，可以获取所有子孙节点。这里我们又加了限定条件获取span节点，所以返回的结果只包含span节点而不包含a节点。

第六次选择时，我们调用了following轴，可以获取当前节点之后的所有节点。这里我们虽然使用的是*匹配，但又加了索引选择，所以只获取了第二个后续节点。

第七次选择时，我们调用了following-sibling轴，可以获取当前节点之后的所有同级节点。这里我们使用*匹配，所以获取了所有后续同级节点。

以上是XPath轴的简单用法，更多轴的用法可以参考：http://www.w3school.com.cn/xpath/xpath_axes.asp。

15. 结语

到现在为止，我们基本上把可能用到的XPath选择器介绍完了。XPath功能非常强大，内置函数非常多，熟练使用之后，可以大大提升HTML信息的提取效率。

如果想查询更多XPath的用法，可以查看：http://www.w3school.com.cn/xpath/index.asp。

如果想查询更多Python lxml库的用法，可以查看http://lxml.de/。