正則表達式

正則表達式到底是什麼東西?
字符是計算機軟件處理文字時最基本的單位,可能是字母,數字,標點符號,空格,換行符,漢字等等。字符串是0個或更多個字符的序列。文本也就是文字,字符串。說某個字符串匹配某個正則表達式,通常是指這個字符串裏有一部分(或幾部分分別)能滿足表達式給出的條件。

在編寫處理字符串的程序或網頁時,經常會有查找符合某些複雜規則的字符串的需要。正則表達式就是用於描述這些規則的工具。換句話說,正則表達式就是記錄文本規則的代碼。

很可能你使用過Windows/Dos下用於文件查找的通配符(wildcard),也就是和?。如果你想查找某個目錄下的所有的Word文檔的話,你會搜索.doc。在這裏,*會被解釋成任意的字符串。和通配符類似,正則表達式也是用來進行文本匹配的工具,只不過比起通配符,它能更精確地描述你的需求——當然,代價就是更復雜——比如你可以編寫一個正則表達式,用來查找所有以0開頭,後面跟着2-3個數字,然後是一個連字號“-”,最後是7或8位數字的字符串(像010-12345678或0376-7654321)。

入門
學習正則表達式的最好方法是從例子開始,理解例子之後再自己對例子進行修改,實驗。下面給出了不少簡單的例子,並對它們作了詳細的說明。

假設你在一篇英文小說裏查找hi,你可以使用正則表達式hi。

這幾乎是最簡單的正則表達式了,它可以精確匹配這樣的字符串:由兩個字符組成,前一個字符是h,後一個是i。通常,處理正則表達式的工具會提供一個忽略大小寫的選項,如果選中了這個選項,它可以匹配hi,HI,Hi,hI這四種情況中的任意一種。

不幸的是,很多單詞裏包含hi這兩個連續的字符,比如him,history,high等等。用hi來查找的話,這裏邊的hi也會被找出來。如果要精確地查找hi這個單詞的話,我們應該使用\bhi\b。

\b是正則表達式規定的一個特殊代碼(好吧,某些人叫它元字符,metacharacter),代表着單詞的開頭或結尾,也就是單詞的分界處。雖然通常英文的單詞是由空格,標點符號或者換行來分隔的,但是\b並不匹配這些單詞分隔字符中的任何一個,它只匹配一個位置。

如果需要更精確的說法,\b匹配這樣的位置:它的前一個字符和後一個字符不全是(一個是,一個不是或不存在)\w。

假如你要找的是hi後面不遠處跟着一個Lucy,你應該用\bhi\b.*\bLucy\b。

這裏,.是另一個元字符,匹配除了換行符以外的任意字符。同樣是元字符,不過它代表的不是字符,也不是位置,而是數量——它指定前邊的內容可以連續重複使用任意次以使整個表達式得到匹配。因此,.連在一起就意味着任意數量的不包含換行的字符。現在\bhi\b.\bLucy\b的意思就很明顯了:先是一個單詞hi,然後是任意個任意字符(但不能是換行),最後是Lucy這個單詞。

換行符就是’\n’,ASCII編碼爲10(十六進制0x0A)的字符。

如果同時使用其它元字符,我們就能構造出功能更強大的正則表達式。比如下面這個例子:

0\d\d-\d\d\d\d\d\d\d\d匹配這樣的字符串:以0開頭,然後是兩個數字,然後是一個連字號“-”,最後是8個數字(也就是中國的電話號碼。當然,這個例子只能匹配區號爲3位的情形)。

這裏的\d是個新的元字符,匹配一位數字(0,或1,或2,或……)。-不是元字符,只匹配它本身——連字符(或者減號,或者中橫線,或者隨你怎麼稱呼它)。

爲了避免那麼多煩人的重複,我們也可以這樣寫這個表達式:0\d{2}-\d{8}。這裏\d後面的{2}({8})的意思是前面\d必須連續重複匹配2次(8次)。

測試正則表達式
其它可用的測試工具:
RegexBuddy
Javascript正則表達式在線測試工具
如果你不覺得正則表達式很難讀寫的話,要麼你是一個天才,要麼,你不是地球人。正則表達式的語法很令人頭疼,即使對經常使用它的人來說也是如此。由於難於讀寫,容易出錯,所以找一種工具對正則表達式進行測試是很有必要的。

不同的環境下正則表達式的一些細節是不相同的,本教程介紹的是微軟 .Net Framework 4.0 下正則表達式的行爲,所以,我向你推薦我編寫的.Net下的工具 正則表達式測試器。請參考該頁面的說明來安裝和運行該軟件。

元字符
現在你已經知道幾個很有用的元字符了,如\b,.,*,還有\d.正則表達式裏還有更多的元字符,比如\s匹配任意的空白符,包括空格,製表符(Tab),換行符,中文全角空格等。\w匹配字母或數字或下劃線或漢字等。

對中文/漢字的特殊處理是由.Net提供的正則表達式引擎支持的,其它環境下的具體情況請查看相關文檔。

下面來看看更多的例子:

\ba\w*\b匹配以字母a開頭的單詞——先是某個單詞開始處(\b),然後是字母a,然後是任意數量的字母或數字(\w*),最後是單詞結束處(\b)。

好吧,現在我們說說正則表達式裏的單詞是什麼意思吧:就是不少於一個的連續的\w。不錯,這與學習英文時要背的成千上萬個同名的東西的確關係不大 :)

\d+匹配1個或更多連續的數字。這裏的+是和類似的元字符,不同的是匹配重複任意次(可能是0次),而+則匹配重複1次或更多次。

\b\w{6}\b 匹配剛好6個字符的單詞。

表1.常用的元字符
代碼 說明
. 匹配除換行符以外的任意字符
\w 匹配字母或數字或下劃線或漢字
\s 匹配任意的空白符
\d 匹配數字
\b 匹配單詞的開始或結束
^ 匹配字符串的開始
JavaScriptRegExp.test().NETRegex.IsMatch()使 的話,對於\d{5,12}而言,使用這樣的方法就只能保證字符串裏包含5到12連續位數字,而不是整個字符串就是5到12位數字。

元字符^(和數字6在同一個鍵位上的符號)和\b 匹配結尾。這兩個代碼在驗證輸入的內容時非常有用,比如一個網站如果要求你填寫的QQ號必須爲5位到12位數字時,可以使用:^\d{5,12}$。

這裏的{5,12}和前面介紹過的{2}是類似的,只不過{2}匹配只能不多不少重複2次,{5,12}則是重複的次數不能少於5次,不能多於12次,否則都不匹配。

因爲使用了^和$,所以輸入的整個字符串都要用來和\d{5,12}來匹配,也就是說整個輸入必須是5到12個數字,因此如果輸入的QQ號能匹配這個正則表達式的話,那就符合要求了。

和忽略大小寫的選項類似,有些正則表達式處理工具還有一個處理多行的選項。如果選中了這個選項,^和$的意義就變成了匹配行的開始處和結束處。

字符轉義
如果你想查找元字符本身的話,比如你查找.,或者*,就出現了問題:你沒辦法指定它們,因爲它們會被解釋成別的意思。這時你就得使用\來取消這些字符的特殊意義。因此,你應該使用.和*。當然,要查找\本身,你也得用\.

例如:deerchao.net匹配deerchao.net,C:\Windows匹配C:\Windows。

重複
你已經看過了前面的,+,{2},{5,12}這幾個匹配重複的方式了。下面是正則表達式中所有的限定符(指定數量的代碼,例如,{5,12}等):

表2.常用的限定符
代碼/語法 說明
* 重複零次或更多次
+ 重複一次或更多次
? 重複零次或一次
{n} 重複n次
{n,} 重複n次或更多次
{n,m} 重複n到m次
下面是一些使用重複的例子:

Windows\d+匹配Windows後面跟1個或更多數字

^\w+匹配一行的第一個單詞(或整個字符串的第一個單詞,具體匹配哪個意思得看選項設置)

字符類
要想查找數字,字母或數字,空白是很簡單的,因爲已經有了對應這些字符集合的元字符,但是如果你想匹配沒有預定義元字符的字符集合(比如元音字母a,e,i,o,u),應該怎麼辦?

很簡單,你只需要在方括號裏列出它們就行了,像[aeiou]就匹配任何一個英文元音字母,[.?!]匹配標點符號(.或?或!)。

我們也可以輕鬆地指定一個字符範圍,像[0-9]代表的含意與\d就是完全一致的:一位數字;同理[a-z0-9A-Z_]也完全等同於\w(如果只考慮英文的話)。

下面是一個更復雜的表達式:(?0\d{2}[) -]?\d{8}。

“(”和“)”也是元字符,後面的分組節裏會提到,所以在這裏需要使用轉義。

這個表達式可以匹配幾種格式的電話號碼,像(010)88886666,或022-22334455,或02912345678等。我們對它進行一些分析吧:首先是一個轉義字符(,它能出現0次或1次(?),然後是一個0,後面跟着2個數字(\d{2}),然後是)或-或空格中的一個,它出現1次或不出現(?),最後是8個數字(\d{8})。

分枝條件
不幸的是,剛纔那個表達式也能匹配010)12345678或(022-87654321這樣的“不正確”的格式。要解決這個問題,我們需要用到分枝條件。正則表達式裏的分枝條件指的是有幾種規則,如果滿足其中任意一種規則都應該當成匹配,具體方法是用|把不同的規則分隔開。聽不明白?沒關係,看例子:

0\d{2}-\d{8}|0\d{3}-\d{7}這個表達式能匹配兩種以連字號分隔的電話號碼:一種是三位區號,8位本地號(如010-12345678),一種是4位區號,7位本地號(0376-2233445)。

?0\d2?[- ]?\d{8}|0\d{2}[- ]?\d{8}這個表達式匹配3位區號的電話號碼,其中區號可以用小括號括起來,也可以不用,區號與本地號間可以用連字號或空格間隔,也可以沒有間隔。你可以試試用分枝條件把這個表達式擴展成也支持4位區號的。

\d{5}-\d{4}|\d{5}這個表達式用於匹配美國的郵政編碼。美國郵編的規則是5位數字,或者用連字號間隔的9位數字。之所以要給出這個例子是因爲它能說明一個問題:使用分枝條件時,要注意各個條件的順序。如果你把它改成\d{5}|\d{5}-\d{4}的話,那麼就只會匹配5位的郵編(以及9位郵編的前5位)。原因是匹配分枝條件時,將會從左到右地測試每個條件,如果滿足了某個分枝的話,就不會去再管其它的條件了。

分組
我們已經提到了怎麼重複單個字符(直接在字符後面加上限定符就行了);但如果想要重複多個字符又該怎麼辦?你可以用小括號來指定子表達式(也叫做分組),然後你就可以指定這個子表達式的重複次數了,你也可以對子表達式進行其它一些操作(後面會有介紹)。

(\d{1,3}.){3}\d{1,3}是一個簡單的IP地址匹配表達式。要理解這個表達式,請按下列順序分析它:\d{1,3}匹配1到3位的數字,(\d{1,3}.){3}匹配三位數字加上一個英文句號(這個整體也就是這個分組)重複3次,最後再加上一個一到三位的數字(\d{1,3})。

IP地址中每個數字都不能大於255. 經常有人問我, 01.02.03.04 這樣前面帶有0的數字, 是不是正確的IP地址呢? 答案是: 是的, IP 地址裏的數字可以包含有前導 0 (leading zeroes).

不幸的是,它也將匹配256.300.888.999這種不可能存在的IP地址。如果能使用算術比較的話,或許能簡單地解決這個問題,但是正則表達式中並不提供關於數學的任何功能,所以只能使用冗長的分組,選擇,字符類來描述一個正確的IP地址:((2[0-4]\d|25[0-5]|[01]?\d\d?).){3}(2[0-4]\d|25[0-5]|[01]?\d\d?)。

理解這個表達式的關鍵是理解2[0-4]\d|25[0-5]|[01]?\d\d?,這裏我就不細說了,你自己應該能分析得出來它的意義。

反義
有時需要查找不屬於某個能簡單定義的字符類的字符。比如想查找除了數字以外,其它任意字符都行的情況,這時需要用到反義:

表3.常用的反義代碼
代碼/語法 說明
\W 匹配任意不是字母,數字,下劃線,漢字的字符
\S 匹配任意不是空白符的字符
\D 匹配任意非數字的字符
\B 匹配不是單詞開頭或結束的位置
[^x] 匹配除了x以外的任意字符
[^aeiou] 匹配除了aeiou這幾個字母以外的任意字符
例子:\S+匹配不包含空白符的字符串。

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