正则表达式从小白到入门

前言

正则表达式（Regular Expression，RegExp，regex）使用单个字符串来描述和匹配一系列符合某种句法规则的字符串。此概念来自形式化语言理论，最初由贝尔实验室实现。正则表达式最初在 Perl 中实现，它的推广得益于 UNIX 软件的流行，尤其是 SED，GREP 等。 现在许多编程语言都内置了正则表达式引擎，如 PERL、Python、JavaScript、Java、C++ 等。很多文本编辑器也支持正则表达式来进行检索和替换，如 Vim、Sublime Text、Visual Studio Code 等。正则表达式相关的学习文章网上也是一大推，本文主要记录正则表达式的入门教程和常用公式工具，方便大家活学活用。

正则表达式从小白到入门

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2019年09月12日 - 初稿

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为什么要正则表达式？

为什么需要正则表达式 - 王垠

学习 Unix 最开头，大家都学过正则表达式 (regexp)。可是有没有人考虑过我们为什么需要正则表达式？

正则表达式本来的初衷是用来从无结构的字符串中提取信息，殊不知这正好是 Unix 的缺陷所在。Unix 用无结构的字符串来表示数据，导致了诸多复杂的基于 regexp 的软件的诞生。sed, AWK, Perl, … 都是为了同样的目的来到这个世界上的。如果不是因为 Unix 用字符串来表示数据，我们就会拥有按数据结构类型的直接存储，而不需要折腾 regexp。正则表达式有它自己的价值（针对自然语言），但是我们其实不需要把它应用到程序语言和操作系统里面。

正则表达式本身用一个字符串来表示，这带来另外一些问题。因为正则表达式的本质不是字符串，而是一个数据结构。学过计算理论的人可能知道这个数据结构叫做 NFA（nondeterministic finite automaton，非确定性有限自动机）。所有的数据结构应该由程序语言本身来表示，就像用 Java 构造一个对象用 new ClassA("a") 一样。但是正则表达式强迫你把这个简单的构造函数调用写成一个字符串。所以在这个比方之下，你得写成 new ClassA(\"a\")。这样当你想要组合这些表达式的时候就发现，正则表达式几乎都是不可组合 (compose) 的。你几乎不可能不能把两个 regexp 的变量 A 和 B 安全拼接成一个，比如用 Java 的字符串拼接 A+B。因为你不知道这两个字符串拼在一起之后，那些稀奇古怪的符号会出现什么交叉反应，使得最后的识别的东西根本不是你想要的。

在正则表达式中，由于正则表达式本身的构造函数与数据本身合并到一起，我们不得不对某些 “特殊字符” 进行 escape。这些特殊字符，其实是用来描述 NFA 的记号，它们属于更高一层的语言。可是在正则表达式里，它们与 NFA 节点里的字符混为一谈。比如很简单的一个 block comment 的正则表达式，却要写成这个样子：

/\\\\\*(\[^\\\\\*\]|\[^/\])\*\\\\\*/

显然这样的表达式很容易出错。 如果我们用程序语言的表达式来构造这个表达式，它应该是这样：

(@... "/\*" (@\*(@!"\*/")) "\*/")

在这个我自己设计的 Scheme 表达式里，以 @开头的标识符都是构造函数。其中 @... 是构造 sequence，@* 是构造一个 zero-or-more 的匹配，@! 构造一个否定匹配。这个表达式是说：“以 / * 开头，接着零个或者多个不是 * / 的字符，最后接着一个 * /。这样一来清晰明了，什么表达式在什么 “层次” 都很清楚，不需要什么反斜杠 escape，而且这样的表达式可以 compose。比如:

(define reg1 (@... "/\*" (@\*(@!"\*/")) "\*/"))
(define reg2 (@+ "foo"))
(define reg3 (@= "b"))

定义这三个表达式之后，我们之后可以用像 (@... reg1 (@or reg2 reg3)) 这样的表达式来连接 3 个不同的表达式，构造出更大的表达式。这样的构造可以无限的扩展。从这里以及以往的经验，我总结出一个普遍适用的程序设计的教训：尽量不要把多个层次的语言 “压缩” 到一层。我们也看到正则表达式与 “Unix 哲学” 有很大关系。我没有考古，所以不知道孰先孰后，但是它们肯定有直接的因果关系。两者都是 Unix 复杂性的来源。

再来看取自 12306 网站的一段代码

// http://www.12306.cn/mormhweb/js/adKyfw.min.js
d = d.replace("'", "");
d = d.replace("%", "");
d = d.replace("#", "");
d = d.replace("&", "");
d = d.replace("*", "");
d = d.replace("(", "");
d = d.replace(")", "");
d = d.replace("@", "");
d = d.replace("`", "");
d = d.replace("/", "");
d = d.replace("\\", "");
d = d.replace(",", "");
d = d.replace(".", "");
d = d.replace("=", "");
d = d.replace("<", "");
d = d.replace(">", "");

上述代码是在过滤掉不合法的搜索字符（姑且不论客户端过滤是否安全）， 我们可以用一行正则替换来实现相同的功能：

d = d.replace(/'%#\&\*\(\)@`\/\\,\.=<>/g, '');

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感谢作者deerchao从2006年开始更新至今，谢谢

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正则表达式基本语法

定义正则表达式的方式在不同的工具中可能有所差别，但正则表达式内容的语法是一致的。 正则表达式有三类语法结构：

1. 串接（与操作）。相邻的字符默认为串接关系。例如 harttle 只能匹配 harttle， 不可匹配 hart。
2. 选择（或操作，|）。例如：harttle|serene 可以匹配 harttle 或者 serene。 选择的优先级级低于串接，因此很多情况下都可以省略括号。
3. 数量（限定符）。最常见的数量限定符包括 +, ?, *，分别表示左侧的字符出现一次或更多，不出现或出现一次，不出现或出现任意次。例如 harttle? 可以匹配 harttl 和 harttle。
4. 组合（括号，()）。组合用来定义操作符的作用范围和优先级。例如 har(ttle)? 可以匹配 harttle 和 har，h(a|u)rttle 可以匹配 harttle 和 hurttle。

常用正则表达式

字符	描述
\\	将下一个字符标记为一个特殊字符、或一个原义字符、或一个向后引用、或一个八进制转义符。例如，”n“匹配字符”n“。”\n“匹配一个换行符。序列”\“匹配”\“而” (“则匹配”(“。
^	匹配输入字符串的开始位置。如果设置了 RegExp 对象的 Multiline 属性，^ 也匹配”\n“或”\r“之后的位置。
$	匹配输入字符串的结束位置。如果设置了 RegExp 对象的 Multiline 属性，$ 也匹配”\n“或”\r“之前的位置。
*	匹配前面的子表达式零次或多次。例如，zo 能匹配”z“、”zo“以及”zoo“。等价于 {0,}。
+	匹配前面的子表达式一次或多次。例如，”zo+“能匹配”zo“以及”zoo“，但不能匹配”z“。+ 等价于 {1,}。
?	匹配前面的子表达式零次或一次。例如，”do(es)?“可以匹配”do“或”does“中的”do“。? 等价于 {0,1}。
{n}	n 是一个非负整数。匹配确定的 n 次。例如，”o{2}“不能匹配”Bob“中的”o“，但是能匹配”food“中的两个 o。
{n,}	n 是一个非负整数。至少匹配 n 次。例如，”o{2,}“不能匹配”Bob“中的”o“，但能匹配”foooood“中的所有 o。”o{1,}“等价于” o+“。”o{0,}“则等价于”o“。
{n,m}	m 和 n 均为非负整数，其中 n<=m。最少匹配 n 次且最多匹配 m 次。例如，”o{1,3}“将匹配”fooooood“中的前三个 o。”o{0,1}“等价于”o?“。请注意在逗号和两个数之间不能有空格。
?	当该字符紧跟在任何一个其他限制符（*,+,?，{n}，{n,}，{n,m}）后面时，匹配模式是非贪婪的。非贪婪模式尽可能少的匹配所搜索的字符串，而默认的贪婪模式则尽可能多的匹配所搜索的字符串。例如，对于字符串”oooo“，”o+?“将匹配单个”o“，而” o+“将匹配所有”o“。
.	匹配除”\n“之外的任何单个字符。要匹配包括”\n“在内的任何字符，请使用像” (.|n) “的模式。
(pattern)	匹配 pattern 并获取这一匹配的子字符串。该子字符串用于向后引用。所获取的匹配可以从产生的 Matches 集合得到，在 VBScript 中使用 SubMatches 集合，在 JScript 中则使用 $0...$9 属性。要匹配圆括号字符，请使用”(“或”)“。
(?:pattern)	匹配 pattern 但不获取匹配的子字符串，也就是说这是一个非获取匹配，不存储匹配的子字符串用于向后引用。这在使用或字符”(|)“来组合一个模式的各个部分是很有用。例如”industr(?:y|ies)“就是一个比”industry|industries“更简略的表达式。
(?=pattern)	正向肯定预查，在任何匹配 pattern 的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例如，”Windows(?=95|98|NT|2000)“能匹配”Windows2000“中的”Windows“，但不能匹配” Windows3.1“中的”Windows“。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的字符之后开始。
(?!pattern)	正向否定预查，在任何不匹配 pattern 的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例如”Windows(?!95|98|NT|2000)“能匹配”Windows3.1“中的”Windows“，但不能匹配” Windows2000“中的”Windows“。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的字符之后开始
(?<=pattern)	反向肯定预查，与正向肯定预查类似，只是方向相反。例如，”(?<=95|98|NT|2000)Windows“能匹配”2000Windows“中的”Windows“，但不能匹配”3.1Windows“中的” Windows“。
(?<!pattern)	反向否定预查，与正向否定预查类似，只是方向相反。例如”(?<!95|98|NT|2000)Windows“能匹配”3.1Windows“中的”Windows“，但不能匹配”2000Windows“中的” Windows“。
x|y	匹配 x 或 y。例如，”z|food“能匹配”z“或”food“。”(z|f)ood“则匹配”zood“或” food“。
[xyz]	字符集合（character class）。匹配所包含的任意一个字符。例如，”[abc]“可以匹配”plain“中的”a“。特殊字符仅有反斜线 \\ 保持特殊含义，用于转义字符。其它特殊字符如星号、加号、各种括号等均作为普通字符。脱字符 ^ 如果出现在首位则表示负值字符集合；如果出现在字符串中间就仅作为普通字符。连字符 - 如果出现在字符串中间表示字符范围描述；如果如果出现在首位则仅作为普通字符。
[^xyz]	排除型（negate）字符集合。匹配未列出的任意字符。例如，”[^abc]“可以匹配”plain“中的”plin“。
[a-z]	字符范围。匹配指定范围内的任意字符。例如，”[a-z]“可以匹配”a“到”z“范围内的任意小写字母字符。
[^a-z]	排除型的字符范围。匹配任何不在指定范围内的任意字符。例如，”[^a-z]“可以匹配任何不在”a“到”z“范围内的任意字符。
\b	匹配一个单词边界，也就是指单词和空格间的位置。例如，”er\b“可以匹配”never“中的”er“，但不能匹配”verb“中的”er“。
\B	匹配非单词边界。”er\B“能匹配”verb“中的”er“，但不能匹配”never“中的”er“。
\cx	匹配由 x 指明的控制字符。例如，\cM 匹配一个 Control-M 或回车符。x 的值必须为 A-Z 或 a-z 之一。否则，将 c 视为一个原义的”c“字符。
\d	匹配一个数字字符。等价于 [0-9]。
\D	匹配一个非数字字符。等价于 [^0-9]。
\f	匹配一个换页符。等价于 \x0c 和 \cL。
\n	匹配一个换行符。等价于 \x0a 和 \cJ。
\r	匹配一个回车符。等价于 \x0d 和 \cM。
\s	匹配任何空白字符，包括空格、制表符、换页符等等。等价于 [ \f\n\r\t\v]。
\S	匹配任何非空白字符。等价于 [^ \f\n\r\t\v]。
\t	匹配一个制表符。等价于 \x09 和 \cI。
\v	匹配一个垂直制表符。等价于 \x0b 和 \cK。
\w	匹配包括下划线的任何单词字符。等价于”[A-Za-z0-9]“。
\W	匹配任何非单词字符。等价于”[^A-Za-z0-9]“。
\xn	匹配 n，其中 n 为十六进制转义值。十六进制转义值必须为确定的两个数字长。例如，”\x41“匹配”A“。”\x041“则等价于”\x04&1“。正则表达式中可以使用 ASCII 编码。.
\num	向后引用（back-reference）一个子字符串（substring），该子字符串与正则表达式的第 num 个用括号围起来的子表达式（subexpression）匹配。其中 num 是从 1 开始的正整数，其上限可能是 99。例如：”(.)\1“匹配两个连续的相同字符。
\n	标识一个八进制转义值或一个向后引用。如果 \n 之前至少 n 个获取的子表达式，则 n 为向后引用。否则，如果 n 为八进制数字（0-7），则 n 为一个八进制转义值。
\nm	标识一个八进制转义值或一个向后引用。如果 \nm 之前至少有 nm 个获得子表达式，则 nm 为向后引用。如果 \nm 之前至少有 n 个获取，则 n 为一个后跟文字 m 的向后引用。如果前面的条件都不满足，若 n 和 m 均为八进制数字（0-7），则 \nm 将匹配八进制转义值 nm。
\nml	如果 n 为八进制数字（0-3），且 m 和 l 均为八进制数字（0-7），则匹配八进制转义值 nml。
\un	匹配 n，其中 n 是一个用四个十六进制数字表示的 Unicode 字符。例如，\u00A9 匹配版权符号（©）。

参考文章

Wikipedia 正则表达式

MDN RegExp

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