Python 從底層結構聊 Beautiful Soup 4（內建豆瓣最新電影排行榜爬取案例）

一枚大果殼發表於2022-03-15

1. 前言

什麼是 Beautiful Soup 4 ？

Beautiful Soup 4（簡稱 BS4，後面的 4 表示最新版本）是一個 Python 第三方庫，具有解析 HTML 頁面的功能，爬蟲程式可以使用 BS4 分析頁面無素、精準查詢出所需要的頁面資料。有 BS4 的爬蟲程式爬行過程愜意且輕快。

BS4 特點是功能強大、使用簡單。相比較只使用正規表示式的費心費力，BS4 有著彈指一揮間的豪邁和瀟灑。

2. 安裝 Beautiful Soup 4

BS4 是 Python 第三庫，使用之前需要安裝。

pip install beautifulsoup4

2.1 BS4 的工作原理

要真正認識、掌握 BS4 ，則需要對其底層工作機制有所瞭解。

BS4 查詢頁面資料之前，需要載入 HTML 檔案 或 HTML 片段，並在記憶體中構建一棵與 HTML 文件完全一一對映的樹形物件（類似於 W3C 的 DOM 解析。為了方便，後面簡稱 BS 樹），這個過程稱為解析。

BS4 自身並沒有提供解析的實現，而是提供了介面，用來對接第三方的解析器（這點是很牛逼的，BS4 具有很好的擴充套件性和開發性）。無論使用何種解析器，BS4 遮蔽了底層的差異性，對外提供了統一的操作方法（查詢、遍歷、修改、新增……）。

認識 BS4 先從構造 BeautifulSoup 物件開始。BeautifulSoup 是對整個文件樹的引用，或是進入文件樹的入口物件。

分析 BeautifulSoup 構造方法，可發現在構造 BeautifulSoup 物件時，可以傳遞很多引數。但一般只需要考慮前 2 個引數。其它引數採用預設值，BS4 就能工作很好（約定大於配置的典範）。

def __init__(self, markup="", features=None, builder=None,
      parse_only=None, from_encoding=None, exclude_encodings=None,element_classes=None, **kwargs):

markup： HTML 文件。可以是字串格式的 HTML 片段、也可以是一個檔案物件。

from bs4 import BeautifulSoup
# 使用 HTML 程式碼片段
html_code = "<h1>BeautifulSoup 4 簡介</h1>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
print(bs)

以下使用檔案物件做為引數。

from bs4 import BeautifulSoup
file = open("d:/hello.html", encoding="utf-8")
bs = BeautifulSoup(file, "lxml")
print(bs)

Tip： 使用檔案物件時，編碼方式請選擇 unicode 編碼（utf-8 是 unicode 的具體實現）。

features： 指定解析器程式。解析器是 BS4 的靈魂所在，否則 BS4 就是一個無本之源的空殼子。

BS4 支援 Python 內建的 HTML 解析器，還支援第三方解析器：lxml、 html5lib……

Tip： 任何人都可以定製一個自己的解析器，但請務必遵循 BS4 的介面規範。

所以說即使谷歌瀏覽器的解析引擎很牛逼，但因和 BS4 介面不吻合，彼此之間也只能惺惺相惜一番。

如果要使用是第三方解析器，使用之前請提前安裝：

安裝 lxml ：

pip install lxml

安裝 html5lib：

pip install html5lib

幾種解析器的縱橫比較：

解析器	使用方法	優勢	劣勢
Python標準庫	BeautifulSoup(markup, "html.parser")	執行速度適中文件容錯能力強	Python 2.7.3 or 3.2.2 前的版本文件容錯能力差
lxml HTML 解析器	BeautifulSoup(markup, "lxml")	速度快文件容錯能力強	需要 C 語言庫的支援
lxml XML 解析器	BeautifulSoup(markup, ["lxml-xml"]) BeautifulSoup(markup, "xml")	速度快唯一支援 XML 的解析器	需要 C 語言庫的支援
html5lib	BeautifulSoup(markup, "html5lib")	最好的容錯性以瀏覽器的方式解析文件生成HTML5格式的文件	速度慢不依賴外部擴充套件

每一種解析器都有自己的優點，如 html5lib 的容錯性就非常好，但一般優先使用 lxml 解析器，更多時候速度更重要。

2.2 解析器的差異性

解析器的功能是載入 HTML（XML）程式碼，在記憶體中構建一棵層次分明的物件樹（後面簡稱 BS 樹）。雖然 BS4 從應用層面統一了各種解析器的使用規範，但各有自己的底層實現邏輯。

當然，解析器在解析格式正確、完全符合 HTML 語法規範的文件時，除了速度上的差異性，大家表現的還是可圈可點的。想想，這也是它們應該提供的最基礎功能。

但是，當文件格式不標準時，不同的解析器在解析時會遵循自己的底層設計，會弱顯出差異性。

看來， BS4 也無法掌管人家底層邏輯的差異性。

2.2.1 lxml

使用 lxml 解析HTML程式碼段。

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a><p><p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
print(bs)
'''
輸出結果
<html><body><a><p></p><p></p></a></body></html>
'''

lxml 在解析時，會自動新增上 html、body 標籤。並自動補全沒有結束語法結構的標籤。如上 a 標籤是後面 2 個標籤的父標籤，第一個 p 標籤是第二 p 標籤的為兄弟關係。

使用 lxml 解析如下HTML 程式碼段。

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a></p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
print(bs)
'''
輸出結果
<html><body><a></a></body></html>
'''

lxml 會認定只有結束語法沒有開始語法的標籤結構是非法的，拒絕解析（也是挺剛的）。即使是非法，丟棄是理所當然的。

2.2.2 html5lib

使用 html5lib 解析不完整的HTML程式碼段。

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a><p><p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "html5lib")
print(bs)
'''
輸出結果
<html><head></head><body><a><p></p><p></p></a></body></html>
'''

html5lib 在解析j時，會自動加上 html、head、body 標籤。除此之外如上解析結果和 lxml 沒有太大區別，在沒有結束標籤語法上，大家還是英雄所見略同的。

使用 html5lib 解析下面的HTML 程式碼段。

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a></p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "html5lib")
print(bs)
'''
輸出結果:
<html><head></head><body><a><p></p></a></body></html>
'''

html5lib 對於沒有結束語法結構的標籤，會為其補上開始語法結構，html5lib 遵循的是 HTML5 的部分標準。意思是既然都來了，也就不要走了，html5lib 都會盡可能補全。

2.2.3 pyhton 內建解析器

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a><p><p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "html.parser")
print(bs)
'''
輸出結果
<a><p><p></p></p></a>
'''

與前面 2 類解析器相比較，沒有新增、、任一標籤，會自動補全結束標籤結構。但最終結構與前 2 類解析器不同。a 標籤是後 2 個標籤的父親，第一個 p 標籤是第二個 p 標籤的父親，而不是兄弟關係。

歸納可知：對於 lxml、html5lib、html.parser 而言，對於沒有結束語法結構的標籤都認為是可以識別的。

from bs4 import BeautifulSoup
html_code = "<a></p>"
bs = BeautifulSoup(html_code, "html.parser")
print(bs)
'''
輸出結果
<a></a>
'''

對於沒有開始語法結構的標籤的處理和 lxml 解析器相似，會丟棄掉。

從上面的程式碼的執行結果可知，html5lib 的容錯能力是最強的，在對於文件要求不高的場景下，可考慮使用 html5lib。在對文件格式要求高的應用場景下，可選擇 lxml 。

3. BS4 樹物件

BS4 記憶體樹是對 HTML 文件或程式碼段的記憶體對映，記憶體樹由 4 種型別的 python 物件組成。分別是 BeautifulSoup、Tag、NavigableString 和 Comment。

BeautifulSoup物件 是對整個 html 文件結構的對映，提供對整個 BS4 樹操作的全域性方法和屬性。也是入口物件。
```
class BeautifulSoup(Tag):
	pass
```
Tag物件（標籤物件） 是對 HTML 文件中標籤的對映，或稱其為節點（物件名與標籤名一樣）物件，提供對頁面標籤操作的方法和屬性。本質上 BeautifulSoup 物件也 Tag 物件。

Tip： 解析頁面資料的關鍵，便是找到包含內容的標籤物件（Tag）。BS4 提供了很多靈活、簡潔的方法。

使用 BS4 就是以 BeautifulSoup 物件開始，逐步查詢目標標籤物件的過程。
NavigableString物件 是對 HTML 標籤中所包含的內容體的對映，提供有對文字資訊操作的方法和屬性。

Tip： 對於開發者而言，分析頁面，最終就要要獲取資料，所以，掌握此物件的方法和屬性尤為重要。

使用標籤物件的 string 屬性就可以獲取。
Comment 是對文件註釋內容的對映物件。此物件用的不多。

再總結一下：使用 BS4 的的關鍵就是如何以一個 Tag 物件（節點物件）為參考，找到與其關聯的其它 Tag 物件。剛開始出場時就一個 BeautifulSoup 物件。

為了更好的以一個節點找到其它節點，需要理解節點與節點的關係：主要有父子關係、兄弟關係。

現以一個案例逐一理解每一個物件的作用。

案例描述：爬取豆瓣電影排行榜上的最新電影資訊。（https://movie.douban.com/chart），並以CSV 文件格式儲存電影資訊。

3.1 查詢目標 Tag

獲取所需資料的關鍵就是要找到目標 Tag。BS4 提供有豐富多變的方法能幫助開發者快速、靈活找到所需 Tag 物件。通過下面的案例，讓我們感受到它的富裕變化多端的魔力。

先獲取豆瓣電影排行榜的入口頁面路徑 https://movie.douban.com/chart 。

使用谷歌瀏覽器瀏覽頁面，使用瀏覽器提供的開發者工具分析一下頁面中電影資訊的 HTML 程式碼片段。由簡入深，從下載第一部電影的資訊開始。

Tip： 這個排行榜隨時變化，大家所看到的第一部電影和下圖可能不一樣。

居然使用的是表格佈局。表格佈局非常有規則，這對於分析結構非常有利。

先下載第一部電影的圖片和電影名。圖片當然使用的是 img 標籤，使用 BS4 解析後， BS4 樹上會有一個對應的 img Tag 物件。

樹上的 img Tag 物件有很多，怎麼找到第一部電影的圖片標籤？

from bs4 import BeautifulSoup
import requests
# 伺服器地址
url = "https://movie.douban.com/chart"
# 偽裝成瀏覽器
headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.51 Safari/537.36'}
# 傳送請求
resp = requests.get(url, headers=headers)
html_code = resp.text
# 得到 BeautifulSoup 物件。萬里長征的第一步。
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
# 要獲得 BS4 樹上的 Tag 物件，最簡單的方法就是直接使用標籤名。簡單的不要不要的。
img_tag = bs.img
# 返回的是 BS4 樹上的第一個 img Tag 物件
print(type(img_tag))
print(img_tag)
'''
輸出結果
<class 'bs4.element.Tag'>
<img alt="青春變形記" class="" src="https://img1.doubanio.com/view/photo/s_ratio_poster/public/p2670448229.jpg" width="75"/>

'''

這裡有一個運氣成分，bs.img 返回的恰好是第一部電影的圖片標籤（也意味著第一部電影的圖片標籤是整個頁面的第一個圖片標籤）。

找到了 img 標籤物件，再分析出其圖片路徑就容易多了，圖片路徑儲存在 img 標籤的 src 屬性中，現在只需要獲取到 img 標籤物件的 src 屬性值就可以了。

Tag 物件提供有 attrs 屬性，可以很容易得到一個 Tag 物件的任一屬性值。

使用語法：

Tag["屬性名"]或者使用 Tag.attrs 獲取到 Tag 物件的所有屬性。

下面使用 atts 獲取標籤物件的所有屬性資訊，返回的是一個 python 字典物件。

# 省略上面程式碼段
img_tag_attrs = img_tag.attrs
print(img_tag_attrs)
'''
輸出結果：以字典格式返回 img Tag 物件的所有屬性
{'src': 'https://img1.doubanio.com/view/photo/s_ratio_poster/public/p2670448229.jpg', 'width': '75', 'alt': '青春變形記', 'class': []}
'''

單值屬性返回的是單值，因 class 屬性（多值屬性）可以設定多個類樣式，返回的是一個陣列。現在只想得到圖片的路徑，可以使用如下方式。

img_tag_attrs = img_tag.attrs
# 第一種方案
img_tag_src=img_tag_attrs["src"]  
# 第二種方案
img_tag_src = img_tag["src"]
print(img_tag_src)
'''
輸出結果
https://img1.doubanio.com/view/photo/s_ratio_poster/public/p2670448229.jpg
'''

上述程式碼中提供 2 種方案，其本質是一樣的。有了圖片路徑，剩下的事情就好辦了。

完整的程式碼：

from bs4 import BeautifulSoup
import requests
# 伺服器地址
url = "https://movie.douban.com/chart"
# 偽裝成瀏覽器
headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.51 Safari/537.36'}
# 傳送請求
resp = requests.get(url, headers=headers)
html_code = resp.text
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
img_tag = bs.img
# img_tag_attrs = img_tag.attrs
# img_tag_src=img_tag_attrs["src"]
img_tag_src = img_tag["src"]
# 根據圖片路徑下載圖片並儲存到本地
img_resp = requests.get(img_tag_src, headers=headers)
with open("D:/movie/movie01.jpg", "wb") as f:
    f.write(img_resp.content)

3.2 過濾方法

得到圖片後，怎麼得到電影的名字，以及其簡介。如下為電影名的程式碼片段。

<a href="https://movie.douban.com/subject/35284253/" class="">青春變形記/ <span style="font-size:13px;">熊抱青春記(港) / 青春養成記(臺)</span></a>

電影名包含在一個 a 標籤中。如上所述，當使用 bs.標籤名 時，返回的是整個頁面程式碼段中的第一個同名標籤物件。

顯然，第一部電影名所在的 a 標籤不可能是頁面中的第一個（否則就是運氣爆棚了），無法直接使用 bs.a 獲取電影名所在 a 標籤，且此 a 標籤也無特別明顯的可以區分和其它 a 標籤不一樣的特徵。

這裡就要想點其它辦法。以此 a 標籤向上找到其父標籤 div。

<div class="pl2">
	<a href="https://movie.douban.com/subject/35284253/" class="">青春變形記/ <span style="font-size:13px;">熊抱青春記(港) / 青春養成記(臺)</span>
	</a>
	<p class="pl">2022-03-11(美國網路) / 姜晉安 / 吳珊卓 / 艾娃·摩士 / 麥特里伊·拉瑪克里斯南 / 樸惠仁 / 奧賴恩·李 / 何煒晴 / 特里斯坦·艾瑞克·陳 / 吳漢章 / 菲尼亞斯·奧康奈爾 / 喬丹·費舍 / 託菲爾-恩戈 / 格雷森·維拉紐瓦 / 喬什·列維 / 洛瑞·坦·齊恩...</p>
	<div class="star clearfix">
	<span class="allstar40"></span>
	<span class="rating_nums">8.2</span>
	<span class="pl">(45853人評價)</span>
	</div>
</div>

同理，div 標籤在整個頁面程式碼中也有很多，又如何獲到到電影名所在的 div 標籤，分析發現此 div 有一個與其它 div 不同的屬性特徵。class="pl2"。可以通過這個屬性特徵對 div 標籤進行過濾。

什麼是過濾方法？

過濾方法是 BS4 Tag 標籤物件的方法，用來對其子節點進行篩選。

BS4 提供有 find( )、find_all( ) 等過濾方法。此類方法的作用如其名可以在一個群體（所有子節點）中根據個體的特徵進行篩選。

Tip： 如果使用 BeautifulSoup物件 呼叫這類方法，則是對整個 BS4 樹上的節點進行篩選。

如果以某一個具體的 Tag 標籤物件呼叫此類方法以，則是對 Tag 標籤下的子節點進行篩選。

find（）和 find_all( ) 方法的引數是一樣的。兩者的區別：前者搜尋到第一個滿足條件就返回，後者會搜尋所有滿足條件的物件。

find_all( name , attrs , recursive , string , **kwargs )
find( name , attrs , recursive , string , **kwargs )

引數說明

name： 可以是標籤名、正規表示式、列表、布林值或一個自定義方法。變化多端。

# 標籤名：查詢頁面中的第一個 div 標籤物件
div_tag = bs.find("div")
# 正規表示式：搜尋所有以 d 開始的標籤
div_tag = bs.find_all(re.compile("^d"))
# 列表：查詢 div 或  a 標籤
div_tag = bs.find_all(["div","a"])
# 布林值：查詢所有子節點
bs.find_all(True)
#自定義方法：搜尋有 class 屬性而沒有 id 屬性的標籤物件。
def has_class_but_no_id(tag):
    return tag.has_attr('class') and not tag.has_attr('id')
bs.find_all(has_class_but_no_id)

attrs： 可以接收一個字典型別。以鍵、值對的方式描述要搜尋的標籤物件的屬性特徵。

# 在整個樹結果中查詢 class 屬性值是 pl2 的標籤物件
div_tag = bs.find(attrs={"class": "pl2"})

Tip： 使用此屬性時，可以結合 name 引數把範圍收窄。
div_tag = bs.find("div",attrs={"class": "pl2"})
查詢 class 屬性值是 pl2 的 div 標籤物件。

string 引數： 此引數可以是字串、正規表示式、列表布林值。通過標籤內容匹配查詢。

# 搜尋標籤內容是'青春' 2 字開頭的 span 標籤物件
div_tag = bs.find_all("span", string=re.compile(r"青春.*"))

limit 引數： 可以使用 limit 引數限制返回結果的數量。
recursive 引數： 是否遞迴查詢節點下面的子節點，預設是 True ，設定 False 時，只查詢直接子節點。

簡單介紹過濾方法後，重新回到問題上來，查詢第一部電影的電影名、簡介。靈活使用過濾方法，則能很輕鬆搜尋到所需要的標籤物件。

from bs4 import BeautifulSoup
import requests
# 伺服器地址
url = "https://movie.douban.com/chart"
# 偽裝成瀏覽器
headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.51 Safari/537.36'}
# 傳送請求
resp = requests.get(url, headers=headers)
html_code = resp.text
# 使得解析器構建 BeautifulSoup 物件
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
# 使用過濾方法在整個樹結構中查詢 class 屬性值為 pl2 的 div 物件。其實有多個，這裡查詢第一個
div_tag = bs.find("div", class_="pl2")
# 查詢 div 標籤物件下的第一個 a 標籤
div_a = div_tag.find("a")
# 得到  a 標籤下所有子節點
name = div_a.contents
# 得到 文字
print(name[0].replace("/", '').strip())
'''
輸出結果：
青春變形記
'''

程式碼分析：

使用 bs.find("div", class_="pl2") 方法搜尋到包含第一部電影的 div 標籤。
電影名包含在 div 標籤的子標籤 a 中，繼續使用 div_tag.find("a") 找到 a 標籤。

<a href="https://movie.douban.com/subject/35284253/" class="">青春變形記/ <span style="font-size:13px;">熊抱青春記(港) / 青春養成記(臺)</span>
	</a>

a 標籤中的內容就是電影名。BS4 為標籤物件提供有 string 屬性，可以獲取其內容，返回 NavigableString 物件。但是如果標籤中既有文字又有子標籤時，則不能使用 string 屬性。如上 a 標籤的 string 返回為 None。
在 BS4 樹結構中文字也是節點，可以以子節點的方式獲取。標籤物件有 contents 和 children 屬性獲取子節點。前者返回一個列表，後者返回一個迭代器。另有 descendants 可以獲取其直接子節點和孫子節點。
使用 contents 屬性，從返回的列表中獲取第一個子節點，即文字節點。文字節點沒有 string 屬性。

獲取電影簡介相對而言就簡單的多，其內容包含在 div 標籤的 p 子標籤中。

# 獲取電影的簡介
div_p = div_tag.find("p")
movie_desc = div_p.string.strip()
print(movie_desc)

下面可以把電影名和電影簡介以 CSV 的方式儲存在檔案中。完整程式碼：

from bs4 import BeautifulSoup
import requests
import csv

# 伺服器地址
url = "https://movie.douban.com/chart"
# 偽裝成瀏覽器
headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.51 Safari/537.36'}
# 傳送請求
resp = requests.get(url, headers=headers)
html_code = resp.text
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
div_tag = bs.find("div", class_="pl2")
div_a = div_tag.find("a")
div_a_name = div_a.contents
# 電影名
movie_name = div_a_name[0].replace("/", '').strip()
# 獲取電影的簡介
div_p = div_tag.find("p")
movie_desc = div_p.string.strip()

with open("d:/movie/movies.csv", "w", newline='') as f:
    csv_writer = csv.writer(f)
    csv_writer.writerow(["電影名", "電影簡介"])
    csv_writer.writerow([movie_name, movie_desc])

是時候小結了，使用 BS4 的基本流程：

通過指定解析器獲取到 BS4 物件。
指定一個標籤名獲取到標籤物件。如果無法直接獲取所需要的標籤物件，則使用過濾器方法進行一層一層向下過濾。
找到目標標籤物件後，可以使用 string 屬性獲取其中的文字，或使用 atrts 獲取屬性值。
使用獲取到的資料。

3.3 遍歷所有的目標

如上僅僅是找到了第一部電影的資訊。如果需要查詢到所有電影資訊，則只需要在上面程式碼的基礎之上新增迭代便可。

from bs4 import BeautifulSoup
import requests
import csv

all_movies = []
# 伺服器地址
url = "https://movie.douban.com/chart"
# 偽裝成瀏覽器
headers = {
    'User-Agent': 'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.51 Safari/537.36'}
# 傳送請求
resp = requests.get(url, headers=headers)
html_code = resp.text
bs = BeautifulSoup(html_code, "lxml")
# 查詢到所有 <div class="pl2"></div>
div_tag = bs.find_all("div", class_="pl2")
for div in div_tag:
    div_a = div.find("a")
    div_a_name = div_a.contents
    # 電影名
    movie_name = div_a_name[0].replace("/", '').strip()
    # 獲取電影的簡介
    div_p = div.find("p")
    movie_desc = div_p.string.strip()
    all_movies.append([movie_name, movie_desc])

with open("d:/movie/movies.csv", "w", newline='') as f:
    csv_writer = csv.writer(f)
    csv_writer.writerow(["電影名", "電影簡介"])
    for movie in all_movies:
        csv_writer.writerow(movie)

本文主要講解 BS4 的使用，僅爬取了電影排行榜的第一頁資料。至於資料到手後，如何使用，則根據應用場景來決定。

4. 總結

BS4 還提供有很多方法，能根據當前節點找到父親節點、子節點、兄弟節點……但其原理都是一樣的。只要找到了內容所在的標籤（節點）物件，一切也就OK 了。

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2023-03-04
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2018-10-30
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