正則表達式詳解(貪婪與懶惰、前瞻與后顧、后向引用等)


一、名詞解釋
首先我們了解幾個名詞:元字符 、 普通字符、打印字符、非打印字符、 限定符 、定位符、非打印字符

元字符:
可以簡單理解為變成語言中的關鍵字,在正則匹配時會有特殊的語義,不能當做普通字符直接使用,類似於 * ^ ? 等等一類的字符,如果需要直接使用元字符,需要使用 /+元字符 的方式,比如 要匹配 * 號 則正則應該寫成 \*

普通字符:
普通字符就是包括所有的非元字符在內的打印字符和非打印字符

打印字符:
普通的字符,沒有特殊含義 a-zA-z0-9等

非打印字符:
由\+普通字符組成的一些不會在打印時顯示出來的字符,比如換行符、換頁符等等

二、正則表達式所有特殊字符
(不懂的后面回來看)
字符
描述
\
將下一個字符標記為一個特殊字符、或一個原義字符、或一個 向后引用、或一個八進制轉義符。例如,'n' 匹配字符 "n"。'\n' 匹配一個換行符。序列 '\\' 匹配 "\" 而 "\(" 則匹配 "("。

^
匹配輸入字符串的開始位置。如果設置了 RegExp 對象的 Multiline 屬性,^ 也匹配 '\n' 或 '\r' 之后的位置。
$
匹配輸入字符串的結束位置。如果設置了RegExp 對象的 Multiline 屬性,$ 也匹配 '\n' 或 '\r' 之前的位置。
*
匹配前面的子表達式零次或多次。例如,zo* 能匹配 "z" 以及 "zoo"。* 等價於{0,}。
+
匹配前面的子表達式一次或多次。例如,'zo+' 能匹配 "zo" 以及 "zoo",但不能匹配 "z"。+ 等價於 {1,}。
?
匹配前面的子表達式零次或一次。例如,"do(es)?" 可以匹配 "do" 或 "does" 中的"do" 。? 等價於 {0,1}。
{n}
n 是一個非負整數。匹配確定的 n 次。例如,'o{2}' 不能匹配 "Bob" 中的 'o',但是能匹配 "food" 中的兩個 o。
{n,}
n 是一個非負整數。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,}' 等價於 'o+'。'o{0,}' 則等價於 'o*'。
{n,m}
m 和 n 均為非負整數,其中n <= m。最少匹配 n 次且最多匹配 m 次。例如,"o{1,3}" 將匹配 "fooooood" 中的前三個 o。'o{0,1}' 等價於 'o?'。請注意在逗號和兩個數之間不能有空格。
?
當該字符緊跟在任何一個其他限制符 (*, +, ?, {n}, {n,}, {n,m}) 后面時,匹配模式是非貪婪的。非貪婪模式盡可能少的匹配所搜索的字符串,而默認的貪婪模式則盡可能多的匹配所搜索的字符串。例如,對於字符串 "oooo",'o+?' 將匹配單個 "o",而 'o+' 將匹配所有 'o'。
.
匹配除 "\n" 之外的任何單個字符。要匹配包括 '\n' 在內的任何字符,請使用象 '[.\n]' 的模式。
(pattern)
匹配 pattern 並獲取這一匹配。所獲取的匹配可以從產生的 Matches 集合得到,在VBScript 中使用 SubMatches 集合,在"JS" 中則使用 $0…$9 屬性。要匹配圓括號字符,請使用 '′或′′或′'。
(?:pattern)
匹配 pattern 但不獲取匹配結果,也就是說這是一個非獲取匹配,不進行存儲供以后使用。這在使用 "或" 字符 (|) 來組合一個模式的各個部分是很有用。例如, 'industr(?:y|ies) 就是一個比 'industry|industries' 更簡略的表達式。
(?=pattern)
正向預查,在任何匹配 pattern 的字符串開始處匹配查找字符串。這是一個非獲取匹配,也就是說,該匹配不需要獲取供以后使用。例如,'Windows (?=95|98|NT|2000)' 能匹配 "Windows 2000" 中的 "Windows" ,但不能匹配 "Windows 3.1" 中的 "Windows"。預查不消耗字符,也就是說,在一個匹配發生后,在最后一次匹配之后立即開始下一次匹配的搜索,而不是從包含預查的字符之后開始。
(?!pattern)
負向預查,在任何不匹配 pattern 的字符串開始處匹配查找字符串。這是一個非獲取匹配,也就是說,該匹配不需要獲取供以后使用。例如'Windows (?!95|98|NT|2000)' 能匹配 "Windows 3.1" 中的 "Windows",但不能匹配 "Windows 2000" 中的 "Windows"。預查不消耗字符,也就是說,在一個匹配發生后,在最后一次匹配之后立即開始下一次匹配的搜索,而不是從包含預查的字符之后開始
x|y
匹配 x 或 y。例如,'z|food' 能匹配 "z" 或 "food"。'(z|f)ood' 則匹配 "zood" 或 "food"。
[xyz]
字符集合。匹配所包含的任意一個字符。例如, '[abc]' 可以匹配 "plain" 中的 'a'。
[^xyz]
負值字符集合。匹配未包含的任意字符。例如, '[^abc]' 可以匹配 "plain" 中的'p'。
[a-z]
字符范圍。匹配指定范圍內的任意字符。例如,'[a-z]' 可以匹配 'a' 到 'z' 范圍內的任意小寫字母字符。
[^a-z]
負值字符范圍。匹配任何不在指定范圍內的任意字符。例如,'[^a-z]' 可以匹配任何不在 'a' 到 'z' 范圍內的任意字符。
\b
匹配一個單詞邊界,也就是指單詞和空格間的位置。例如, 'er\b' 可以匹配"never" 中的 'er',但不能匹配 "verb" 中的 'er'。
\B
匹配非單詞邊界。'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 匹配一個 Control-M 或回車符。x 的值必須為 A-Z 或 a-z 之一。否則,將 c 視為一個原義的 'c' 字符。
\d
匹配一個數字字符。等價於 [0-9]。
\D
匹配一個非數字字符。等價於 [^0-9]。
\f
匹配一個換頁符。等價於 \x0c 和 \cL。
\n
匹配一個換行符。等價於 \x0a 和 \cJ。
\r
匹配一個回車符。等價於 \x0d 和 \cM。
\s
匹配任何空白字符,包括空格、制表符、換頁符等等。等價於 [ \f\n\r\t\v]。
\S
匹配任何非空白字符。等價於 [^ \f\n\r\t\v]。
\t
匹配一個制表符。等價於 \x09 和 \cI。
\v
匹配一個垂直制表符。等價於 \x0b 和 \cK。
\w
匹配包括下划線的任何單詞字符。等價於'[A-Za-z0-9_]'。
\W
匹配任何非單詞字符。等價於 '[^A-Za-z0-9_]'。
\xn
匹配 n,其中 n 為十六進制轉義值。十六進制轉義值必須為確定的兩個數字長。例如,'\x41' 匹配 "A"。'\x041' 則等價於 '\x04' & "1"。正則表達式中可以使用 ASCII 編碼。.
\num
匹配 num,其中 num 是一個正整數。對所獲取的匹配的引用。例如,'(.)\1' 匹配兩個連續的相同字符。
\n
標識一個八進制轉義值或一個向后引用。如果 \n 之前至少 n 個獲取的子表達式,則 n 為向后引用。否則,如果 n 為八進制數字 (0-7),則 n 為一個八進制轉義值。
\nm
標識一個八進制轉義值或一個向后引用。如果 \nm 之前至少有 nm 個獲得子表達式,則 nm 為向后引用。如果 \nm 之前至少有 n 個獲取,則 n 為一個后跟文字 m 的向后引用。如果前面的條件都不滿足,若 n 和 m 均為八進制數字 (0-7),則 \nm 將匹配八進制轉義值 nm。
\nml
如果 n 為八進制數字 (0-3),且 m 和 l 均為八進制數字 (0-7),則匹配八進制轉義值 nml。
\un
匹配 n,其中 n 是一個用四個十六進制數字表示的 Unicode 字符。例如, \u00A9 匹配版權符號 (?)。


三、匹配規則詳解
正則表達式一般由普通字符和元字符組成,普通字符搭配不同的元字符表示不同的匹配語義。理解了所有元字符的含義之后,我們也就基本了解了所有正則的匹配規則。
在所有的正則元字符中,個人將其划分為 限定符、定位符、 中括號 、圓括號(捕獲分組) 四類進行講解。下面我將詳細介紹這四種類型,在每個類型的講解中會穿插一些相關的概念和知識。

1. 限定符:
限定符也可稱為量詞,用於限定前面普通字符出現次數的特殊語義符號。

主要形式
{n,m} 表示前面的字符中至少出現n次,最多出現m次;其中 n和m為非負整數,n不能為空,m可以為空,m>=n ,即存在以下變形
{n} n為非負整數,表示前面的字符出現n次
{n,} n為非負整數,表示前面的字符至少出現n次

? 前面的字符出現 0 次 或 1次 ,同 {0,1}
+ 前面的字符出現 1次 或 多次,同 {1,}
* 前面的字符出現 0此或者 多次,同 {0,}

貪婪與懶惰匹配
限定符中有貪婪匹配和懶惰匹配的區別,一般情況下,限定符會執行貪婪匹配,即盡可能的匹配更多的字符,也就是有更長的匹配結果的時候,會返回更長的返回結果。懶惰匹配則相反,會盡可能的匹配更少的字符,即返回較短的匹配的結果,如果需要使用懶惰匹配,需要在限定符后面額外加一個問號(即?)。

下面用一個例子說明。
存在待匹配字符串
aaaaabaab
則,以下貪婪限定正則的匹配結果為
.*b -> aaaaabaab
.+b -> aaaaabaab
a? -> a
a* -> aaaaa
a+ -> aaaaa
a{2,5} -> aaaaa
假如使用懶惰匹配模式
.*?b -> aaaaab
.+?b -> aaaaab
a?? -> 結果為空
a*? -> 結果為空
a+? -> a
a{2,5}? -> aa

雖然懶惰匹配會返回較短的匹配結果,但並不會出現忽略匹配的情況,即上面的例子中
.*?b 的結果為 aaaaab 而不是 ab ,
而假如在上面的基礎上再加一個正則
a{2,5}?b 結果應為 aaaaab 而不為 aab
這是因為正則是從左向右解析的,解析會從最開始匹配到的符合條件的字符開始,然后按照正則中的定義去匹配后面字符,而不會跳過符合條件的字符去進行匹配。


2.定位符:
(1).定位符用於匹配字符的邊界位置,比如字符串的開頭與結尾,單詞的開頭與結尾等。
主要有
^
匹配輸入字符串開始的位置;如果設置了 RegExp 對象的 Multiline 屬性,^ 還會與 \n 或 \r 之后的位置匹配。
$
匹配輸入字符串結尾的位置;如果設置了 RegExp 對象的 Multiline 屬性,$ 還會與 \n 或 \r 之前的位置匹配。
\b
匹配一個單詞邊界,也就是指單詞和空格間的位置,但匹配結果並不包括空格。比如 "ee abcd abc bcd ff", \bbc.* 匹配結果為"bc bcd ff", bc\b.* 匹配結果"bc bcd ff"
\B
非詞邊界匹配,匹配沒有空格的字符邊界。即 bc\B可以匹配上例中的 abcd 和 bcd(因為bc和d之間沒有空格),但不能匹配" bcd" ; \Bbc可以匹配 abcd 和 abc ,因為 a和bc之間沒有空格。
(2).定位符可以和限定符搭配使用

3. 中括號匹配
(1).中括號語義表示匹配所有中括號中的字符,並且只匹配一次。
如:
[abc]123 可匹配 a123、b123、c123

可使用 -號指定連續范圍

[0-9] 指定所有數字 ,等價於 \d

(2).中括號可以和限定符搭配使用,效果為兩者語義疊加
如:
[ab]* 匹配 ababababababaaabaabababcabababbabbab
從左到右將匹配兩個結果 ababababababaaabaababab(第一次匹配) 和 abababbabbab(第二次匹配)



4. 圓括號匹配(捕獲分組)

(1).圓括號內包含的表達式語義與沒有加圓括號時一致,區別在於圓括號內的內容將會加入到捕獲分組,捕獲分組的概念


(2).圓括號也可以和限定符搭配使用,限定圓括號內的匹配語義出現次數

捕獲分組的概念

先看下面兩個例子:
假如有字符串 3cd
則 “(\d)cd ”匹配結果為 3cd 和 3

假如有字符串 6cd
則 (3|6)cd 匹配結果為 6cd 和 6

括號里面的匹配則為捕獲匹配,且括號里面的匹配結果將會被緩存 ,第一個例子括號里的括號匹配的結果為3,第二個括號里匹配結果為6
如果想消除緩存,可以在括號最前面加上 ?:

1中 (?:\d)cd 匹配結果為 3cd ,等價於 [\d]cd 或 \dcd
2中 (?:3|6)cd 匹配結果為 6cd,等價於 [36]cd

1.捕獲分組形式
主要有:
(pattern)
匹配 pattern 並捕獲該匹配的子表達式。可以使用 $0...$9 屬性從結果“匹配”集合中檢索捕獲的匹配(包含整個正則的匹配及括號中的子表達式的匹配結果,即上例子中的3cd 和 3 , 6cd和 6)。

(?:pattern)
匹配 pattern 但不捕獲該pattern子表達式的匹配,即它是一個非獲取捕獲匹配,不存儲子表達式的匹配供以后使用。有時對於用“或”字符 (|) 組合模式部件的情況很有用。例如,與“interesting|interested”相比,“interest(?:ing| ed)”是一個更加簡單的表達式。

(?=pattern)
執行肯定式前瞻搜索的子表達式,該表達式匹配處於匹配 pattern 的字符串的起始點的字符串。它是一個非捕獲匹配,即不能捕獲供以后使用的匹配。例如,“Windows (?=95| 98| NT| 2000)”與“Windows 2000”中的“Windows”匹配,但不與“Windows 3.1”中的“Windows”匹配。
前瞻搜索不占用字符,即發生匹配后,下一匹配的搜索緊隨上一匹配之后,而不是在組成前瞻搜索的字符后(即pattern匹配的內容還可以在后續的表達式中進行解析使用,相當於尚未解析到pattern內容)。

(?!pattern)
執行否定式前瞻搜索的子表達式,該表達式匹配不處於匹配 pattern 的字符串的起始點的搜索字符串。它是一個非捕獲匹配,即不能捕獲供以后使用的匹配。例如,“Windows (?!95| 98| NT| 2000)”與“Windows 3.1”中的“Windows”匹配,但不與“Windows 2000”中的“Windows”匹配。
前瞻搜索不占用字符,即發生匹配后,下一匹配的搜索緊隨上一匹配之后,而不是在組成前瞻搜索的字符后(即pattern匹配的內容還可以在后續的表達式中進行解析使用,相當於尚未解析到pattern內容)。



為了說明(?=pattern) 和 (?!pattern) 的作用和區別,這里說下兩個概念--前瞻(Lookahead)和后顧(Lookbehind)。
這兩個術語形象的描述了正則引擎的匹配行為。
正則表達式中的前和后並不指代文本的開頭和末尾,即不是通常理解中的,開頭的方向稱作“前面”,文本末尾方向稱為“后面”。對於正則表達式引擎來說,它一般是從文本頭部向尾部開始解析的(可以通過正則選項控制解析方向),因此對於文本尾部方向,稱為“前”,即正則引擎還沒未解析的部分,而對文本頭部方向,則稱為“后”,即正則引擎已經解析的部分。
可以理解為解析的時候有一個游標,在解析 aaabccc時,當游標在b時,aaa部分為后顧部分,ccc部分為前瞻部分。
所謂的前瞻就是在正則表達式匹配到某個字符的時候,往“尚未解析過的文本”預先看一下,看是不是符合/不符合匹配模式,而后顧,就是在正則引擎已經匹配過的文本看看是不是符合/不符合匹配模式。符合和不符合特定匹配模式我們又稱為肯定式匹配和否定式匹配。
即前瞻的形式為:
(?=pattern) 為肯定式前瞻,(?!pattern) 為 否定式前瞻
后顧則用的比較少,形式為
(?<=pattern) 肯定式后顧 , (?<!pattern) 否定式后顧




為了進一步說明(?=pattern) 和 (?!pattern) 的區別,這里看個例子:
例子1(此處演示區別):
下面為三個正則
interest(?:ing)
interest(?=ing)
interest(?!ing)
如果匹配 字符串 “interesting",結果依次為
interesting
interest

如果匹配字符串 ”insterested",結果依次為


interest

例子2(此例子演示不消耗/占用前瞻字符)
存在正則
windows (?=2000|2003|xp) pro
windows (?=2000|2003|xp)(?:2000|2003|xp) pro
解析字符串 windows 2003 pro時,結果依次為

windows 2003 pro

原因是前瞻不消耗字符(用游標理解相當於游標還在2003前的空格處),故第一個正則表達式在解析匹配了windows (?=2000|2003|xp)部分后,未解析的字符串還有 2003 pro ,但后面的正則為 出現 " pro",明顯不符合匹配。
而第二個正則在后面使用非捕獲捕獲匹配,解析了 2003 ,再解析 “ pro” ,顧成功匹配。


2.后向引用:
捕獲分組可以進行 后向引用 (如果正則表達式后面有相同的捕獲分組內容,可以根據順序直接引用前面定義的捕獲組,簡化表達式)

(\d)cd\1 這里的"\1"就是對"(\d)"的后向引用 ,等同於(\d)cd\(\d)

(a)(b)(ac).* \1\2\3
等價於
(a)(b)(ac).* (a)(b)(ac)

(a)(b)(ac).* \1\3\3
等價於
(a)(b)(ac).* (a)(ac)(ac)

(a)(b)(ac).* \2\3\3
等價於
(a)(b)(ac).* (b)(ac)(ac)





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