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1 概述
正則表達(dá)式(Regular Expression)是一種匹配模式，描述的是一串文本的特征。
正如自然語言中“高大”、“堅(jiān)固”等詞語抽象出來描述事物特征一樣，正則表達(dá)式就是字符的高度抽象，用來描述字符串的特征。
正則表達(dá)式（以下簡稱正則，Regex）通常不獨(dú)立存在，各種編程語言和工具作為宿主語言提供對正則的支持，并根據(jù)自身語言的特點(diǎn)，進(jìn)行一定的剪裁或擴(kuò)展。
正則入門很容易，有限的語法規(guī)則很容易掌握，但是目前正則的普及率并不高，主要是因?yàn)檎齽t的流派眾多，各種宿主語言提供的文檔都過多的關(guān)注于自身的一些細(xì)節(jié)，而這些細(xì)節(jié)通常是初學(xué)者并不需要關(guān)注的。
當(dāng)然，如果想要深入的了解正則表達(dá)式，這些細(xì)節(jié)又是必須被關(guān)注的，這是后話，讓我們先從正則的基礎(chǔ)開始，進(jìn)入正則表達(dá)式的世界。
2 正則表達(dá)式基礎(chǔ)
2.1 基本概念
2.1.1 字符串組成
對于字符串“a5”，是由兩個(gè)字符“a”、“5”以及三個(gè)位置組成的，這一點(diǎn)對于正則表達(dá)式的匹配原理理解很重要。
正則表達(dá)式匹配過程中，如果子表達(dá)式匹配到的是字符內(nèi)容，而非位置，并被保存到最終的匹配結(jié)果中，那么就認(rèn)為這個(gè)子表達(dá)式是占有字符的；如果子表達(dá)式匹配的僅僅是位置，或者匹配的內(nèi)容并不保存到最終的匹配結(jié)果中，那么就認(rèn)為這個(gè)子表達(dá)式是零寬度的。
占有字符還是零寬度，是針對匹配的內(nèi)容是否保存到最終的匹配結(jié)果中而言的。
占有字符是互斥的，零寬度是非互斥的。也就是一個(gè)字符，同一時(shí)間只能由一個(gè)子表達(dá)式匹配，而一個(gè)位置，卻可以同時(shí)由多個(gè)零寬度的子表達(dá)式匹配。
正則表達(dá)式由兩種字符構(gòu)成。一種是在正則表達(dá)式中具體特殊意義的“元字符”，另一種是普通的“文本字符”。
元字符可以是一個(gè)字符，如“^”，也可以是一個(gè)字符序列，如“\w”。
字符組可以匹配[ ]中包含的任意一個(gè)字符。雖然可以是任意一個(gè)，但只能是一個(gè)。
字符組支持由連字符“-”來表示一個(gè)范圍。當(dāng)“-”前后構(gòu)成范圍時(shí)，要求前面字符的碼位小于后面字符的碼位。
[^…]排除型字符組。排除型字符組表示任意一個(gè)未列出的字符，同樣只能是一個(gè)。排除型字符組同樣支持由連字符“-”來表示一個(gè)范圍。
表達(dá)式 | 說明 |
[abc] | 表示“a”或“b”或“c” |
[0-9] | 表示0~9中任意一個(gè)數(shù)字，等價(jià)于[0123456789] |
[\u4e00-\u9fa5] | 表示任意一個(gè)漢字 |
[^a1<] | 表示除“a”、“1”、“<”外的其它任意一個(gè)字符 |
[^a-z] | 表示除小寫字母外的任意一個(gè)字符 |
舉例：
“[0-9][0-9]”在匹配“Windows 2003”時(shí)，匹配成功，匹配的結(jié)果為“20”。
“[^inW]”在匹配“Windows 2003”時(shí)，匹配成功，匹配的結(jié)果為“d”。
對于一些常用的字符范圍，如數(shù)字等，由于非常常用，即使使用[0-9]這樣的字符組仍顯得麻煩，所以定義了一些元字符，來表示常見的字符范圍。
表達(dá)式 | 說明 |
\d | 任意一個(gè)數(shù)字，相當(dāng)于[0-9]，即0~9中的任意一個(gè) |
\w | 任意一個(gè)字母或數(shù)字或下劃線，相當(dāng)于[a-zA-Z0-9_] |
\s | 任意空白字符，相當(dāng)于[ \r\n\f\t\v] |
\D | 任意一個(gè)非數(shù)字字符，\d取反，相當(dāng)于[^0-9] |
\W | \w取反，相當(dāng)于[^a-zA-Z0-9_] |
\S | 任意非空白字符，\s取反，相當(dāng)于[^ \r\n\f\t\v] |
舉例：
“\w\s\d”在匹配“Windows 2003”時(shí)，匹配成功，匹配的結(jié)果為“s 2”。
小數(shù)點(diǎn)可以匹配除“”以外的任意一個(gè)字符。如果要匹配包括“”在內(nèi)的所有字符，一般用[\s\S]，或者是用“.”加(?s)匹配模式來實(shí)現(xiàn)。
表達(dá)式 | 說明 |
. | 匹配除了換行符 \n以外的任意一個(gè)字符 |
表達(dá)式 | 說明 |
^ | 匹配字符串開始的位置，不匹配任何字符 |
$ | 匹配字符串結(jié)束的位置，不匹配任何字符 |
\b | 匹配單詞邊界，不匹配任何字符 |
舉例：
“^a”在匹配“cba”時(shí)，匹配失敗，因?yàn)楸磉_(dá)式要求開始位置后面是字符“a”，而“cba”顯然是不滿足的。
“\d$”在匹配“123”時(shí)，匹配成功，匹配結(jié)果為“3”，這個(gè)表達(dá)式要求匹配結(jié)尾處的數(shù)字，如果結(jié)尾處不是數(shù)字，如“123abc”，則是匹配失敗的。
一些不可見字符，或是在正則中具有特殊意義的元字符，如想匹配字符本身，需要用“\”對其進(jìn)行轉(zhuǎn)義。
表達(dá)式 | 說明 |
\r， | 回車和換行 |
\\ | 匹配“\”本身 |
\^，\$，\. | 分別匹配“^”、“$”和“.” |
以下字符在匹配其本身時(shí)，通常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)義。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體情況，需要轉(zhuǎn)義的字符可能不止如下所列字符
. $ ^ { [ ( | ) * + ? \
量詞表示一個(gè)子表達(dá)式可以匹配的次數(shù)。量詞可以用來修飾一個(gè)字符、字符組，或是用()括起來的子表達(dá)式。一些常用的量詞被定義成獨(dú)立的元字符。
表達(dá)式 | 說明 | 舉例 |
{m} | 表達(dá)式匹配m次 | “\d{3}”相當(dāng)于“\d\d\d” “(abc){2}”相當(dāng)于“abcabc” |
{m,n} | 表達(dá)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位的數(shù)字 |
{m,} | 表達(dá)式至少匹配m次 | “[a-z]{8,}”表示至少8位以上的字母 |
? | 表達(dá)式匹配0次或1次，相當(dāng)于{0,1} | “ab?”可以匹配“a”或“ab” |
* | 表達(dá)式匹配0次或任意多次，相當(dāng)于{0,} | “<[^>]*>”中“[^>]*”表示0個(gè)或任意多個(gè)不是“>”的字符 |
+ | 表達(dá)式匹配1次或意多次，至少1次，相當(dāng)于{1,} | “\d\s+\d”表示兩個(gè)數(shù)字中間，至少有一個(gè)以上的空白字符 |
注意：在不是動(dòng)態(tài)生成的正則表達(dá)式中，不要出現(xiàn)“{1}”這樣的量詞，如“\w{1}”在結(jié)果上等價(jià)于“\w”，但是會(huì)降低匹配效率和可讀性，屬于畫蛇添足的做法。
當(dāng)一個(gè)字符串的某一子串具有多種可能時(shí)，采用分支結(jié)構(gòu)來匹配，“|”表示多個(gè)子表達(dá)式之間“或”的關(guān)系，“|”是以()限定范圍的，如果在“|”的左右兩側(cè)沒有()來限定范圍，那么它的作用范圍即為“|”左右兩側(cè)整體。
表達(dá)式 | 說明 |
| | 多個(gè)子表達(dá)式之間取“或”的關(guān)系 |
舉例：
“^aa|b$”在匹配“cccb”時(shí)，是可以匹配成功的，匹配的結(jié)果是“b”，因?yàn)檫@個(gè)表達(dá)式表示匹配“^aa”或“b$”，而“b$”在匹配“cccb”時(shí)是可以匹配成功的。
“^(aa|b)$”在區(qū)配“cccb”時(shí)，是匹配失敗的，因?yàn)檫@個(gè)表達(dá)式表示在“開始”和“結(jié)束”位置之間只能是“aa”或“b”，而“cccb”顯然是不滿足的。
捕獲組就是把正則表達(dá)式中子表達(dá)式匹配的內(nèi)容，保存到內(nèi)存中以數(shù)字編號(hào)或手動(dòng)命名的組里，以供后面引用。
表達(dá)式 | 說明 |
(Expression) | 普通捕獲組，將子表達(dá)式Expression匹配的內(nèi)容保存到以數(shù)字編號(hào)的組里 |
(? | 命名捕獲組，將子表達(dá)式Expression匹配的內(nèi)容保存到以name命名的組里 |
普通捕獲組（在不產(chǎn)生歧義的情況下，簡稱捕獲組）是以數(shù)字進(jìn)行編號(hào)的，編號(hào)規(guī)則是以“(”從左到右出現(xiàn)的順序，從1開始進(jìn)行編號(hào)。通常情況下，編號(hào)為0的組表示整個(gè)表達(dá)式匹配的內(nèi)容。
命名捕獲組可以通過捕獲組名，而不是序號(hào)對捕獲內(nèi)容進(jìn)行引用，提供了更便捷的引用方式，不用關(guān)注捕獲組的序號(hào)，也不用擔(dān)心表達(dá)式部分變更會(huì)導(dǎo)致引用錯(cuò)誤的捕獲組。
一些表達(dá)式中，不得不使用( )，但又不需要保存( )中子表達(dá)式匹配的內(nèi)容，這時(shí)可以用非捕獲組來抵消使用( )帶來的副作用。
表達(dá)式 | 說明 |
(?:Expression) | 進(jìn)行子表達(dá)式Expression的匹配，并將匹配內(nèi)容保存到最終的整個(gè)表達(dá)式的區(qū)配結(jié)果中，但Expression匹配的內(nèi)容不單獨(dú)保存到一個(gè)組內(nèi) |
捕獲組匹配的內(nèi)容，可以在正則表達(dá)式的外部程序中進(jìn)行引用，也可以在表達(dá)式中進(jìn)行引用，表達(dá)式中引用的方式就是反向引用。
反向引用通常用來查找重復(fù)的子串，或是限定某一子串成對出現(xiàn)。
表達(dá)式 | 說明 |
\1，\2 | 對序號(hào)為1和2的捕獲組的反向引用 |
\k | 對命名為name的捕獲組的反向引用 |
舉例：
“(a|b)\1”在匹配“abaa”時(shí)，匹配成功，匹配到的結(jié)果是“aa”?！?a|b)”在嘗試匹配時(shí)，雖然既可以匹配“a”，也可以匹配“b”，但是在進(jìn)行反向引用時(shí)，對應(yīng)()中匹配的內(nèi)容已經(jīng)是固定的了。
環(huán)視只進(jìn)行子表達(dá)式的匹配，匹配內(nèi)容不計(jì)入最終的匹配結(jié)果，是零寬度的。
環(huán)視按照方向劃分有順序和逆序兩種，按照是否匹配有肯定和否定兩種，組合起來就有四種環(huán)視。環(huán)視相當(dāng)于對所在位置加了一個(gè)附加條件。
表達(dá)式 | 說明 |
(?<=Expression) | 逆序肯定環(huán)視，表示所在位置左側(cè)能夠匹配Expression |
(? | 逆序否定環(huán)視，表示所在位置左側(cè)不能匹配Expression |
(?=Expression) | 順序肯定環(huán)視，表示所在位置右側(cè)能夠匹配Expression |
(?!Expression) | 順序否定環(huán)視，表示所在位置右側(cè)不能匹配Expression |
舉例：
“(?<=Windows )\d+”在匹配“Windows 2003”時(shí)，匹配成功，匹配結(jié)果為“2003”。我們知道“\d+”表示匹配一個(gè)以上的數(shù)字，而“(?<=Windows )”相當(dāng)于一個(gè)附加條件，表示所在位置左側(cè)必須為“Windows”，它所匹配的內(nèi)容并不計(jì)入匹配結(jié)果。同樣的正則在匹配“Office 2003”時(shí)，匹配失敗，因?yàn)檫@里任意一串?dāng)?shù)字子串的左側(cè)都不是“Windows”。
“(?!1)\d+”在匹配“123”時(shí)，匹配成功，匹配的結(jié)果為“23”?！癨d+”匹配一個(gè)以上數(shù)字，但是附加條件“(?!1)”要求所在位置右側(cè)不能是“1”，所以匹配成功的位置是“2”前面的位置。
或者叫做正則表達(dá)式匹配的貪婪與非貪婪模式。
標(biāo)準(zhǔn)量詞修飾的子表達(dá)式，在可匹配可不匹配的情況下，總會(huì)先嘗試進(jìn)行匹配，稱這種方式為匹配優(yōu)先，或者貪婪模式。此前介紹的一些量詞，“{m}”、“{m,n}”、“{m,}”、“?”、“*”和“+”都是匹配優(yōu)先的。
一些NFA正則引擎支持忽略優(yōu)先量詞，也就是在標(biāo)準(zhǔn)量詞后加一個(gè)“?”，此時(shí)，在可匹配可不匹配的情況下，總會(huì)先忽略匹配，只有在由忽略優(yōu)先量詞修飾的子表達(dá)式，必須進(jìn)行匹配才能使整個(gè)表達(dá)式匹配成功時(shí)，才會(huì)進(jìn)行匹配，稱這種方式為忽略優(yōu)先，或者非貪婪模式。忽略優(yōu)先量詞包括“{m}?”、“{m,n}?”、“{m,}?”、“??”、“*?”和“+?”。
舉例：
源字符串：
正則表達(dá)式1：
正則表達(dá)式2：
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