正则表达式 : 检索匹配的利器

导语

正则表达式(Regular Expression,下文简称为Regular或正则)是开发中一个不可多得的利器,它广泛应用于字符串的查找、匹配以及替换等场景。以其简短的表现形式和高效的查找匹配效率赢得众多程序员的喜爱。本文旨在帮助大家入门正则并学会解决常见的正则问题,希望能帮到大家

一. 揭开正则表达式的神秘面纱

1. 正则给人的直观印象

很多人觉得Regular很难,一般有两种情况:第一种是确实看的比较深入,这种大神太少了,至少我现在只认识了一个。另外一种情况就是被Regular那迷人的表达形式吓到了。本文主要是针对第二种人,我想说的是Regular真的不难,最起码学会初级和中级的应用不难。

2. 一个常见的正则小应用

相信很多人应该碰到过“检测用户输入的手机号或者邮箱是否合法”这种需求。这种例子用正则来做最合适不过了。比如下面的正则就可以判断一个邮箱是否合法。

^([a-zA-Z0-9_\\-\\.]+)@((\\[[0-9]{1,3}\\.[0-9]{1,3}\\.[0-9]{1,3}\\.)|(([a-zA-Z0-9\\-]+\\.)+))([a-zA-Z]{2,4}|[0-9]{1,3})(\\]?)$

我记得学正则之前看到这个表达方式后还是很迷惑的,什么鬼啊,完全看不出和邮箱有什么联系。不过现在看着就感觉很简单了,都是一些基础的正则符号,相信大家看完本文后,再回头看这个表达式会有豁然开朗的感觉。

二. 走进正则表达式的世界

上面说了那么多,目的是为了让大家对正则有个初步的概念。下面主要说明正则的基本语法。看完这部分之后,就能很轻松地看懂上面的那个匹配邮箱地址的正则了。

1. 元字符

元字符其实就是正则中的保留字符,这些字符在正则表达式中有着自己特殊的含义。就像Java中的class和interface关键字一样,他们不是普通的字符串,有着自己特殊的含义。

  • 脱字节符:^

意思:代表一行文本的开头 用处:当我们想从一行文本的开头处匹配时,那么这个字符是个很好的选择。

  • 美元符号:$ 意思:代表一行文本文本的结尾 用处:当我们想匹配到一行文本的结尾时,那么这个字符是个很好的选择。
  • 单词分界符:\b 意思:代表一个单词的开始或者结束 用处:当我们想匹配字符串中的某一个单词时,可以用这个符号匹配单词的开始和结束的位置
  • 取非符号:^ 意思:用在字符串组(下面会讲到)中,代表“非”的意思。 用处:这个符号和脱字节符号是同一个字符,只是用在不同的地方表示不同的意思,下面的字符组的例子我们会用到它。
  • 点号通配符:. 意思:你没看错,这个小圆点,代指任何一个字符。 (除了换行符) 用处:当我们对某个字符没有任何要求时,可以用它通配任意一个字符。

2. 量词的三个分类

上面提到了一些基础的元字符,一般匹配某一个或某一类字符。下面介绍一下三个量词字符‘*’‘+’‘?’。它们用来修饰基本的正则表达式,表示正则的匹配次数。

分类

匹配次数

*

匹配零次或者多次

+

最少匹配一次,可以匹配多次

匹配零次,或者匹配一次

比如,一个用来匹配单词的基本的正则表达式:

\b\w\w\b    //匹配具有两个字母的单词。

那么,很显然,上面的正则只能匹配只有两个字符的单词,但是我们的目的是匹配所有的单词,那么该怎么搞呢,我们也没法确定这个单词到底有多少个字符。

这里就会用到量词了,如下:

\b\w\w*\b    //这个正则和上面的那个比,只多了一个字符‘*’意
义就完全变了。它表示“有任意多个\w”,着正好符号要求。

上面的例子中多了一个‘’,意思是,符号‘’前面的那个字符,出现零次或者多次。

当然,我们也可以改成下面的写法:

\b\w+\b   //这个正则和上面的那个表达的意思一样。

为什么可以这样呢,因为“一个单词最少有一个字母”。这里之所以可以这么简单,是因为‘+’最少匹配一次,所以,被这个正则匹配的字符一定最少有一个字母。符合要求。

然而,这还不够,还有一种情况我们没有考虑。

假设我们想把下面的HTML代码中的第一个div标签的内容过滤出来,该怎么搞呢

<html><div>第一个DIV</div><div>第二个DIV</div></html>

你可能会想到用:

<div>.*</div>

这个其实不行,它匹配的结果是:

<div>第一个DIV</div><div>第二个DIV</div>

这明显不是我们想要的结果。也就是说‘*’可以匹配零个字符和多个字符,但是,当有多种合适的匹配结果时,其总是优先匹配字符最多的结果。

这就尴尬了。。。

怎么搞,怎么让‘*’匹配第一个,而不是同时匹配两个呢。

这就要再学习一个新知识了:

正则表达式的匹配模式有三种,分别是:贪婪模式(最多匹配模式),勉强模式(最少匹配模式)和占有模式。正则默认使用的是贪婪模式。

分类

量词

特性

匹配优先量词

* + ?

尽可能多的匹配

忽略优先量词

*? +? ??

尽可能少的匹配

占有优先量词

*+ ++ ?+

类似于匹配优先,但一旦匹配就不会退还,类似于“固化分组”

通过上面的表格,我们可以知道,可以用‘’的勉强模式‘?’就可以达到效果。

所以,正确的Regular应该是:

<div>.*?</div>

学会了‘*’的勉强模式,那么‘+’和‘?’也就同理了。

3. 字符组

字符组是正则中一个很重要的概念。字符组匹配的是单个字符,这个字符可以是字符组中列出的任意一个字符。字符组的表现形式为:[....]。

当我们想匹配的某一个字符不是固定的,比如,我们想匹配一段文字中所有的数字,也就是说要匹配所有的0~9这十个字符。这时我们就需要用到字符组这个概念。

关于字符组其实很简单,这里举两个小例子。

记得以前看过一句话“一篇议论文中提到的数字概念越多,就越有说服力”。暂且不去考证这句话的真假。假设我们现在有一篇文章,需要找出文中所有的数字并统计数字的个数。那么我们该怎样用正则过滤出所有的数字呢。

首先,我们可以这样:

[0123456789]    //该字符组匹配单个字符,这个字符可以是0123456789这十个数字中的任何一个

也可以简化一下变成这样

[0-9]    //中间的‘-’的意思是‘从x到y所有字符’,该顺序遵循ASCII表的顺序,这里也同样表示0123456789这十个数字中的任何一个II

当然还有更简化的写法,上面也提到了

\d    //  ‘\d’这个符号代指任意一个字母,范围是:a-z 和 A-Z

再举个例子,还是上面的语境,我们要匹配所有的数字,除了数字‘0’和‘9’,也就是匹配‘0’和‘9’之外的所有数字

如果你前面的看懂了,那么这个问题就非常简单了

[^09]    //‘^’用在字符组中是“取非”的意思,整个字符组的意思变成了“匹配单个字符,但这个字符不能是字符组中列出的任何一个”。注意:‘^’表示“取非”的意思时,必须放在字符组中字符的最前面

在来几个例子加深理解

[^a-f]    //匹配单个字符,但是这个字符不能是‘abcdef’中的任何一个。
[^\d]    //匹配单个字符,但是这个字符不能是数字。

字符组当然也有很多常用的快捷字符组:

字符组

匹配范围

\d

匹配单个字符,这个字符必须是数字

\D

匹配单个字符,这个字符不能是数字,等于[^\d]

\w

匹配单个字符,这个字符必须是字母

\W

匹配单个字符,这个字符不能是字母,等于[^\w]

\s

匹配单个字符,这个字符是一个空白字符(空格、制表符等等)

\S

匹配单个字符,这个字符不能是空白字符,等于[^\s]

4. 环视

什么是环视?

环视就是在匹配字符串的时候,规定字符串的前面或者后面的字符必须符合环视的要求。

先来整体看一下环视的分类和表现形式:

环视的种类

符号表示

具体含义

顺序肯定环视

(?=…)

某个字符后面有某个字符

顺序否定环视

(?!…)

某个字符后面没有某个字符

逆序肯定环视

(?<=…)

某个字符前面有某个字符

逆序否定环视

(?< !…)

某个字符前面没有某个字符

可以看到,环视总共分为四种,并且具有各自的意思和表达方式。我们接下来举个例子来说明一下环视的用法。

实现数字的三位分割,也就是我们日常见到的金钱的表示方法,总是每三位加一个‘,’。比如余额为12345678元,往往被写成 12,345,678元 。

这个问题怎么解决呢,这个问题的关键是要找出需要插入‘,’的位置。

我们可以总结出一个规律,“从后往前看,都是三个数字一组”,也就是

(\d\d\d)+$   //三个数字一组,符合要求的有:12,345678  12,345,678
上面这个正则,只需要将所有的 (\d\d\d)+$ 替换成  ,(\d\d\d)+$ 就可以了

下面,我再分别针对环视的不同种类,分别举例说明一下具体的用法:

1.顺序肯定环视

比如我们想匹配”hellochillax helloxiao”里里面的“hello”,但是有个要求:在“hello”后面必须有”chillax”这个字符。

我们可以这样做:“hello(?=chillax)”

2.顺序否定环视

还是上面的这个字符串“hellochillax helloxiao”,这次,要求变了:在“hello”后面不能有”chillax”这个字符。

我们可以这样做:”hello(?!chillax)”

3.逆序肯定环视

比如我们想匹配”hellochillax xiaochillax”里里面的“chillax”,但是有个要求:在“chillax”前面必须有”hello”这个字符。

我们可以这样做:“(?<=hello)chillax”

4.逆序肯定环视

比如我们想匹配”hellochillax xiaochillax”里里面的“chillax”,但是有个要求:在“chillax”前面不能有”hello”这个字符。

我们可以这样做:“(?< !hello)chillax”

5. 捕获

这个功能其实是为了让我们更好地控制正则匹配的字符。有的时候我们为了获取到某些目的字符串,必须加入一些上下文元素,但是这些上下文元素并不是我们想要的,我们可以通过“捕获”来指出想要的部分,去掉不想要的部分。

比如,还是上面的那个过滤HTML中div标签的例子,如果我们只想过滤出第一个div标签里的内容,而不想要div标签,该怎么实现呢。

其实我们可以把想要的字符串对应的正则用括号括起来,就可以通过编程语言的一些函数获取到这个括号里的内容,从而达到除去上下文无用字符的目的。

待过滤HTML代码:

<html><div>第一个DIV</div><div>第二个DIV</div></html>

过滤出‘

第一个DIV

’的正则是:

<div>.*?</div>   //上面的例子,应该能看懂了

过滤出‘第一个DIV’的正则是:

<div>(.*?)</div> //比上面多了一对括号。我们可以通过直接获取括号里的内容来直接得到想要的字符串‘第一个DIV”

6. 模式修饰符(modifier)

在某些时候,我们需要对正则进行一些设定,用来满足某些特殊需求。

先来看一下常用的模式修饰符:

modifier

作用

(?i…)

不区分大小写

(?-i…)

取消不区分大小写

(?s…)

点号通配模式

(?m…)

增强的行锚点模式

这一块要一个一个解释了:

1. (?i…) 不区分大小写

有的时候我们想匹配某些字母,但是不区分大小写,比如我们想匹配字母‘ABCDabcd’,

最直观的,我们可以这样写:

[abcdABCD]   //最直白的正则。。

也可以这样:

[a-dA-D]    //使用‘-’,可以简化连续的字符的书写,比上面那个稍好。

也可以使用模式修饰符:

(?i:[abcd])  //在(?i:)里面的字符,不区分大小写,全部匹配

2. (?-i…) 取消不区分大小写

这个更简单,就是在上面那个符号内范围内,如果你想局部区分大小写,可以用这个。不举例了~

3. (?s…) 点号通配模式

这个有必要说一下,本文刚开始就介绍了一个特别有用的元字符‘.’,上面说它可以指代任何一个字符,除了换行符。那么,如果你想用“.*”来匹配一大段文字的话,里面有很多换行符,实现起来就很困难了。

所以,我们可以指定“.”暂时可以匹配换行符,所以可以写成:

(?s:.*)  //在这个括号内,显式指定'.'匹配任何字符,包括换行符。

4. (?m…) 增强的行锚点模式(也成为多行文本模式)

增强的行锚点可以改变‘^’和‘$’的匹配效果。正常情况下,‘^’和‘$’不会受到文本中换行符的干扰,也就是说如果一段文字中有多个换行符,那么正常情况下‘^’和‘$’分别匹配这段文字的开头和结尾。

但是如果开启了增强的行锚点模式,‘^’和‘$’就会分别匹配这段文字的第一个换行符之前的文字的开头和结尾。

例如:

My Life Getting Better \n NO1

然后有:

^.*$  //匹配结果为:My Life Getting Better \n NO1
(?m:^.*$)  //匹配结果为:My Life Getting Better

可以看出明显的不同。。

三. 需要学习的还有很多

1. 正则表达式的效率

没错,正则表达式也是讲效率的,同一个目标字符串,同一个匹配要求,不同的正则表达式其效率可能差别很大。所以,作为一名合格的程序员,不仅要实现功能,还要时刻考虑效率的问题,这一点我会在文中多次提到这一点。希望能引起大家的注意。

2. 正则的流派和搜索引擎

正则是有很多流派的,不同的流派之间可能会有略微的不同,但是基本大同小异。

正则的驱动引擎分为两种:DFA和NFA。分别是确定型有限自动机和非确定型有限自动机,DFA的特点是“文本主导”,NFA的特点是“表达式主导”。

不同的编程语言可能属于不同的流派,也可能使用不同的驱动引擎,这会导致其在对正则的支持上会略有不同。比如NFA比DFA支持的正则特性要多。

当然,这些都可以先不用考虑,因为一般体会不到这种差别。。

3. 元字符转义

上面提到了很多正则里的元字符,它们出现在正则表达式中会有着自己特殊的含义。那么,在正则匹配过程中,如果我们就是想匹配这些字符呢。那就需要转意了,转意的表示方式是在被转意的元字符前面加一个反斜杠。

比如我们想匹配下面的字符串:

[私たち]

用下面的正则可以匹配么

[私たち]    //这个正则的意思是:匹配单个代码点,这个代码点可以是‘私’、‘た’、‘ち’中的任意一个

当然不行。。

这里我们需要对“[”和“]”进行转意,变成这样

\[私たち\]  //这里使用‘\’对元字符进行转意,使其变成一个普通的字符

当然,有些语言中,‘\’本身也需要转意,比如在Java中就需要下面这种表示:

\\[私たち\\]

其他的元字符同理~~

4. 正则的字符编码问题

上面多次提到,一个正则符号匹配单个或者多个“字符”,这个“字符”需要着重解释一下。

编码字符集有很多,比如Unicode、GBK、ASCII等等。。编程中最常用的编码字符集是Unicode。最常使用的编码格式是UTF-8 。UTF-8支持的字符范围和Unicode一样广泛,并且能够区分Unicode字符和ASCII字符,变长编码的方式也使得其存储效率较高,因此在编程中广泛被使用。

字符的存储方式是二进制编码,比如一个ASCII字符就占一个字节的空间,范围是0~127 。那么,每一个字符,在Unicode字符集中就对应着一个十六进制数字。我们把这个数字称为“代码点”(代码点指的是该字符在Unicode对应表中对应的数值)。我们需要注意的是,正则匹配时,匹配的“单个字符”其实并不准确,准确得说,应该是“单个代码点”。

绝大多数字符都对应一个代码点,有少数字符对应多个代码点。当我们用“.”去匹配这些字符时,会得不到我们想要的结果。

比如一个汉字对应一个代码点,所以我们可以用“.”去匹配单个汉字。

Unicode中有很多组合字符,这些字符看上去像是一个代码点,但是其实需要用多个代码点去表示。

比如,有兴趣的可以试一下用“.”去匹配下面这些字符:

กิิ ก้้ ก็็ ก็็ กิิ ก้้ ก็็ กิิ ก้้ กิิ ก้้ ก็็ ก็็ กิิ ก้้ ก็็ กิิ ก้้      //这里的每一个字符都对应着两个代码点

PS:说这些东西的目的是能够对编码有一定的了解。实际开发中基本用不到。不过对字符编码还是需要多了解一下,很重要~

四. 总结

精通正则表达式不仅要学会语法,更要在实际问题中不断练习。只有不断思考,不断尝试,才能将正则用在刀刃上,切切实实提升开发效率,达到应有的效果。

写了这么多,主要提到了开发中常用的一些正则知识和常见示例。好久没写技术博客了,可能表达上会有不好理解的地方。并且我对正则的了解也较为皮毛,文中难免会有不恰当甚至错误的地方。还请各位看官多多批评指正,定当虚心学习接受。

最后附上两个正则的教程,一个比较基础,另一个则是比较权威的教程。大家根据自己的需要选择吧。希望对大家能有一定的帮助。谢谢。

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