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正则表达式 作者:MCbang 2013-10-02 22:45:59 阅读:3

正则表达式(Regular Expression)是一种匹配模式,描述的是一串文本的特征
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1 概述
正则表达式(Regular Expression)是一种匹配模式,描述的是一串文本的特征。

正如自然语言中“高大”、“坚固”等词语抽象出来描述事物特征一样,正则表达式就是字符的高度抽象,用来描述字符串的特征。

正则表达式(以下简称正则,Regex)通常不独立存在,各种编程语言和工具作为宿主语言提供对正则的支持,并根据自身语言的特点,进行一定的剪裁或扩展。

正则入门很容易,有限的语法规则很容易掌握,但是目前正则的普及率并不高,主要是因为正则的流派众多,各种宿主语言提供的文档都过多的关注于自身的一些细节,而这些细节通常是初学者并不需要关注的。

当然,如果想要深入的了解正则表达式,这些细节又是必须被关注的,这是后话,让我们先从正则的基础开始,进入正则表达式的世界。

2 正则表达式基础
2.1 基本概念
2.1.1 字符串组成


对于字符串“a5”,是由两个字符“a”、“5”以及三个位置组成的,这一点对于正则表达式的匹配原理理解很重要。
2.1.2 占有字符和零宽度
正则表达式匹配过程中,如果子表达式匹配到的是字符内容,而非位置,并被保存到最终的匹配结果中,那么就认为这个子表达式是占有字符的;如果子表达式匹配的仅仅是位置,或者匹配的内容并不保存到最终的匹配结果中,那么就认为这个子表达式是零宽度的。
占有字符还是零宽度,是针对匹配的内容是否保存到最终的匹配结果中而言的。
占有字符是互斥的,零宽度是非互斥的。也就是一个字符,同一时间只能由一个子表达式匹配,而一个位置,却可以同时由多个零宽度的子表达式匹配。
2.1.3 正则表达式构成
正则表达式由两种字符构成。一种是在正则表达式中具体特殊意义的“元字符”,另一种是普通的“文本字符”。
元字符可以是一个字符,如“^”,也可以是一个字符序列,如“\w”。
2.2 元字符(Meta Character)
2.2.1 […] 字符组(Character Classes)
字符组可以匹配[ ]中包含的任意一个字符。虽然可以是任意一个,但只能是一个。
字符组支持由连字符“-”来表示一个范围。当“-”前后构成范围时,要求前面字符的码位小于后面字符的码位。
[^…] 排除型字符组。排除型字符组表示任意一个未列出的字符,同样只能是一个。排除型字符组同样支持由连字符“-”来表示一个范围。
表达式说明
[abc]表示“a”或“b”或“c”
[0-9]表示0~9中任意一个数字,等价于[0123456789]
[\u4e00-\u9fa5]表示任意一个汉字
[^a1<]表示除“a”、“1”、“<”外的其它任意一个字符
[^a-z]表示除小写字母外的任意一个字符

举例:
“[0-9][0-9]”在匹配“Windows 2003”时,匹配成功,匹配的结果为“20”。
“[^inW]”在匹配“Windows 2003”时,匹配成功,匹配的结果为“d”。
2.2.2 常见字符范围缩写
对于一些常用的字符范围,如数字等,由于非常常用,即使使用[0-9]这样的字符组仍显得麻烦,所以定义了一些元字符,来表示常见的字符范围。
表达式说明
\d任意一个数字,相当于[0-9],即0~9 中的任意一个
\w任意一个字母或数字或下划线,相当于[a-zA-Z0-9_]
\s任意空白字符,相当于[ \r\n\f\t\v]
\D任意一个非数字字符,\d取反,相当于[^0-9]
\W\w取反,相当于[^a-zA-Z0-9_]
\S任意非空白字符,\s取反,相当于[^ \r\n\f\t\v]

举例:
“\w\s\d”在匹配“Windows 2003”时,匹配成功,匹配的结果为“s 2”。
2.2.3 . 小数点
小数点可以匹配除“\n”以外的任意一个字符。如果要匹配包括“\n”在内的所有字符,一般用[\s\S],或者是用“.”加(?s)匹配模式来实现。
表达式说明
.匹配除了换行符 \n 以外的任意一个字符

2.2.4 其它元字符
表达式说明
^匹配字符串开始的位置,不匹配任何字符
$匹配字符串结束的位置,不匹配任何字符
\b匹配单词边界,不匹配任何字符

举例:
“^a”在匹配“cba”时,匹配失败,因为表达式要求开始位置后面是字符“a”,而“cba”显然是不满足的。
“\d$”在匹配“123”时,匹配成功,匹配结果为“3”,这个表达式要求匹配结尾处的数字,如果结尾处不是数字,如“123abc”,则是匹配失败的。
2.2.5 转义字符
一些不可见字符,或是在正则中具有特殊意义的元字符,如想匹配字符本身,需要用“\”对其进行转义。

表达式说明
\r,\n回车和换行
\\匹配“\”本身
\^,\$,\.分别匹配“^”、“$”和“.”

以下字符在匹配其本身时,通常需要进行转义。在实际应用中,根据具体情况,需要转义的字符可能不止如下所列字符
 . $ ^ { [ ( | ) * + ? \
2.2.6 量词(Quantifier)
量词表示一个子表达式可以匹配的次数。量词可以用来修饰一个字符、字符组,或是用()括起来的子表达式。一些常用的量词被定义成独立的元字符。
表达式说明举例
{m}表达式匹配m次 “\d{3}”相当于“\d\d\d ”
“(abc){2}”相当于“abcabc”
{m,n}表达式匹配最少m次,最多n次“\d{2,3}”可以匹配“12”或“321”等2到3位的数字
{m,}表达式至少匹配m次 “[a-z]{8,}”表示至少8位以上的字母
?表达式匹配0次或1次,相当于{0,1} “ab?”可以匹配“a”或“ab”
*表达式匹配0次或任意多次,相当于{0,}“<[^>]*>”中“[^>]*”表示0个或任意多个不是“>”的字符
+表达式匹配1次或意多次,至少1次,相当于{1,} “\d\s+\d”表示两个数字中间,至少有一个以上的空白字符

注意:在不是动态生成的正则表达式中,不要出现“{1}”这样的量词,如“\w{1}”在结果上等价于“\w”,但是会降低匹配效率和可读性,属于画蛇添足的做法。
2.2.7 分支结构(Alternation)
当一个字符串的某一子串具有多种可能时,采用分支结构来匹配,“|”表示多个子表达式之间“或”的关系,“|”是以()限定范围的,如果在“|”的左右两侧没有()来限定范围,那么它的作用范围即为“|”左右两侧整体。
表达式说明
|多个子表达式之间取“或”的关系

举例:
“^aa|b$”在匹配“cccb”时,是可以匹配成功的,匹配的结果是“b”,因为这个表达式表示匹配“^aa”或“b$”,而“b$”在匹配“cccb ”时是可以匹配成功的。
“^(aa|b)$”在区配“cccb”时,是匹配失败的,因为这个表达式表示在“开始”和“结束”位置之间只能是“aa”或“b”,而“cccb”显然是不满足的。
3 正则表达式进阶3.1 捕获组(Capture Group)
捕获组就是把正则表达式中子表达式匹配的内容,保存到内存中以数字编号或手动命名的组里,以供后面引用。
表达式说明
(Expression)普通捕获组,将子表达式Expression匹配的内容保存到以数字编号的组里
(? Expression)命名捕获组,将子表达式Expression匹配的内容保存到以name命名的组里

普通捕获组(在不产生歧义的情况下,简称捕获组)是以数字进行编号的,编号规则是以“(”从左到右出现的顺序,从1开始进行编号。通常情况下,编号为0的组表示整个表达式匹配的内容。
命名捕获组可以通过捕获组名,而不是序号对捕获内容进行引用,提供了更便捷的引用方式,不用关注捕获组的序号,也不用担心表达式部分变更会导致引用错误的捕获组。
3.2 非捕获组
一些表达式中,不得不使用( ),但又不需要保存( )中子表达式匹配的内容,这时可以用非捕获组来抵消使用( )带来的副作用。
表达式说明
(?:Expression)进行子表达式Expression的匹配,并将匹配内容保存到最终的整个表达式的区配结果中,但Expression匹配的内容不单独保存到一个组内

3.3 反向引用
捕获组匹配的内容,可以在正则表达式的外部程序中进行引用,也可以在表达式中进行引用,表达式中引用的方式就是反向引用。
反向引用通常用来查找重复的子串,或是限定某一子串成对出现。
表达式说明
\1,\2对序号为1和2的捕获组的反向引用
\k对命名为name的捕获组的反向引用

举例:
“(a|b)\1”在匹配“abaa”时,匹配成功,匹配到的结果是“aa”。“(a|b)”在尝试匹配时,虽然既可以匹配“a”,也可以匹配“b”,但是在进行反向引用时,对应()中匹配的内容已经是固定的了。
3.4 环视(Look Around)
环视只进行子表达式的匹配,匹配内容不计入最终的匹配结果,是零宽度的。
环视按照方向划分有顺序和逆序两种,按照是否匹配有肯定和否定两种,组合起来就有四种环视。环视相当于对所在位置加了一个附加条件。

表达式说明
(?<=Expression)逆序肯定环视,表示所在位置左侧能够匹配Expression
(?(?=Expression)顺序肯定环视,表示所在位置右侧能够匹配Expression
(?!Expression)顺序否定环视,表示所在位置右侧不能匹配Expression

举例:
“(?<=Windows )\d+”在匹配“Windows 2003”时,匹配成功,匹配结果为“2003”。我们知道“\d+”表示匹配一个以上的数字,而“(?<=Windows )”相当于一个附加条件,表示所在位置左侧必须为“Windows ”,它所匹配的内容并不计入匹配结果。同样的正则在匹配“Office 2003”时,匹配失败,因为这里任意一串数字子串的左侧都不是“Windows ”。
“(?!1)\d+”在匹配“123”时,匹配成功,匹配的结果为“23”。“\d+”匹配一个以上数字,但是附加条件“(?!1)”要求所在位置右侧不能是“1”,所以匹配成功的位置是“2”前面的位置。
3.5 忽略优先和匹配优先
或者叫做正则表达式匹配的贪婪与非贪婪模式。
标准量词修饰的子表达式,在可匹配可不匹配的情况下,总会先尝试进行匹配,称这种方式为匹配优先,或者贪婪模式。此前介绍的一些量词,“{m}”、“{m,n}”、“{m,}”、“?”、“*”和“+”都是匹配优先的。
一些NFA正则引擎支持忽略优先量词,也就是在标准量词后加一个“?”,此时,在可匹配可不匹配的情况下,总会先忽略匹配,只有在由忽略优先量词修饰的子表达式,必须进行匹配才能使整个表达式匹配成功时,才会进行匹配,称这种方式为忽略优先,或者非贪婪模式。忽略优先量词包括“{m}?”、“{m,n}?”、“{m,}?”、“??”、“*?”和“+?”。
举例:
源字符串:
aaa
bbb

正则表达式1:
.*
匹配结果:
aaa
bbb

正则表达式2:
.*?
匹配结果:
aaa

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