前言

各位小伙伴大家好，接下来几天时间，我会从多个角度对正则表达式进行系统阐述，让你了解正则表达式的前世今生。

以下是博主整理的Linux知识专栏，喜欢的小伙伴可根据自己的需求自行订阅。

Linux疑难杂症解决指南

正则表达式基础知识

除非你以前使用过正则表达式，否则你可能不熟悉此术语。但是，毫无疑问，你已经使用过不涉及脚本的某些正则表达式概念。

例如，你很可能使用 ? 和 * 通配符来查找硬盘上的文件。通配符匹配文件名中的单个字符，而 * 通配符匹配零个或多个字符。像 data?.dat 这样的模式将查找下列文件：

data1.dat
data2.dat
datax.dat
dataN.dat

使用 * 字符代替 ? 字符扩大了找到的文件的数量。data*.dat 匹配下列所有文件：

data.dat
data1.dat
data2.dat
data12.dat
datax.dat
dataXYZ.dat

尽管这种搜索方法很有用，但它还是有限的。通过理解 * 通配符的工作原理，引入了正则表达式所依赖的概念，但正则表达式功能更强大，而且更加灵活。

正则表达式的使用，可以通过简单的办法来实现强大的功能。下面先给出一个简单的示例：

 ^.+@.+\\..+$ 

为什么使用正则表达式？

典型的搜索和替换操作要求你提供与预期的搜索结果匹配的确切文本。虽然这种技术对于对静态文本执行简单搜索和替换任务可能已经足够了，但它缺乏灵活性，若采用这种方法搜索动态文本，即使不是不可能，至少也会变得很困难。

通过使用正则表达式，可以：

• 测试字符串内的模式。
  例如，可以测试输入字符串，以查看字符串内是否出现电话号码模式或信用卡号码模式。这称为数据验证。
• 替换文本。
  可以使用正则表达式来识别文档中的特定文本，完全删除该文本或者用其他文本替换它。
• 基于模式匹配从字符串中提取子字符串。
  可以查找文档内或输入域内特定的文本。

例如，你可能需要搜索整个网站，删除过时的材料，以及替换某些 HTML 格式标记。在这种情况下，可以使用正则表达式来确定在每个文件中是否出现该材料或该 HTML 格式标记。此过程将受影响的文件列表缩小到包含需要删除或更改的材料的那些文件。然后可以使用正则表达式来删除过时的材料。最后，可以使用正则表达式来搜索和替换标记。

发展历史

正则表达式的"祖先"可以一直上溯至对人类神经系统如何工作的早期研究。Warren McCulloch 和 Walter Pitts 这两位神经生理学家研究出一种数学方式来描述这些神经网络。

1956 年, 一位叫 Stephen Kleene 的数学家在 McCulloch 和 Pitts 早期工作的基础上，发表了一篇标题为"神经网事件的表示法"的论文，引入了正则表达式的概念。正则表达式就是用来描述他称为"正则集的代数"的表达式，因此采用"正则表达式"这个术语。

随后，发现可以将这一工作应用于使用 Ken Thompson 的计算搜索算法的一些早期研究，Ken Thompson 是 Unix 的主要发明人。正则表达式的第一个实用应用程序就是 Unix 中的 qed 编辑器。

如他们所说，剩下的就是众所周知的历史了。从那时起直至现在正则表达式都是基于文本的编辑器和搜索工具中的一个重要部分。

应用领域

目前，正则表达式已经在很多软件中得到广泛的应用，包括 *nix（Linux, Unix等）、HP 等操作系统，PHP、C#、Java 等开发环境，以及很多的应用软件中，都可以看到正则表达式的影子。

正则表达式 - 语法

正则表达式(regular expression)描述了一种字符串匹配的模式，可以用来检查一个串是否含有某种子串、将匹配的子串做替换或者从某个串中取出符合某个条件的子串等。

• 列目录时，　dir *.txt或ls *.txt中的*.txt就不是一个正则表达式,因为这里*与正则式的*的含义是不同的。
• 构造正则表达式的方法和创建数学表达式的方法一样。也就是用多种元字符与运算符可以将小的表达式结合在一起来创建更大的表达式。正则表达式的组件可以是单个的字符、字符集合、字符范围、字符间的选择或者所有这些组件的任意组合。

正则表达式是由普通字符（例如字符 a 到 z）以及特殊字符（称为"元字符"）组成的文字模式。模式描述在搜索文本时要匹配的一个或多个字符串。正则表达式作为一个模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进行匹配。

普通字符

普通字符包括没有显式指定为元字符的所有可打印和不可打印字符。这包括所有大写和小写字母、所有数字、所有标点符号和一些其他符号。

非打印字符

非打印字符也可以是正则表达式的组成部分。下表列出了表示非打印字符的转义序列：

特殊字符

所谓特殊字符，就是一些有特殊含义的字符，如上面说的"*.txt"中的*，简单的说就是表示任何字符串的意思。如果要查找文件名中有*的文件，则需要对*进行转义，即在其前加一个\。ls \*.txt。

许多元字符要求在试图匹配它们时特别对待。若要匹配这些特殊字符，必须首先使字符"转义"，即，将反斜杠字符 (\) 放在它们前面。下表列出了正则表达式中的特殊字符：

限定符

限定符用来指定正则表达式的一个给定组件必须要出现多少次才能满足匹配。有*或+或?或{n}或{n,}或{n,m}共6种。

正则表达式的限定符有：

由于章节编号在大的输入文档中会很可能超过九，所以你需要一种方式来处理两位或三位章节编号。限定符给你这种能力。下面的正则表达式匹配编号为任何位数的章节标题：

/Chapter [1-9][0-9]*/

请注意，限定符出现在范围表达式之后。因此，它应用于整个范围表达式，在本例中，只指定从 0 到 9 的数字（包括 0 和 9）。

这里不使用 + 限定符，因为在第二个位置或后面的位置不一定需要有一个数字。也不使用？字符，因为它将章节编号限制到只有两位数。你需要至少匹配 Chapter 和空格字符后面的一个数字。

如果你知道章节编号被限制为只有 99 章，可以使用下面的表达式来至少指定一位但至多两位数字。

/Chapter [0-9]{1,2}/

上面的表达式的缺点是，大于 99 的章节编号仍只匹配开头两位数字。另一个缺点是 Chapter 0 也将匹配。只匹配两位数字的更好的表达式如下：

/Chapter [1-9][0-9]?/

或

/Chapter [1-9][0-9]{0,1}/

*、+和?限定符都是贪婪的，因为它们会尽可能多的匹配文字，只有在它们的后面加上一个?就可以实现非贪婪或最小匹配。

例如，你可能搜索 HTML 文档，以查找括在 H1 标记内的章节标题。该文本在你的文档中如下：

<H1>Chapter 1 – Introduction to Regular Expressions</H1>

下面的表达式匹配从开始小于符号 (<) 到关闭 H1 标记的大于符号 (>) 之间的所有内容。

/<.*>/

如果你只需要匹配开始 H1 标记，下面的"非贪心"表达式只匹配 <H1>。

/<.*?>/

通过在 *、+ 或 ? 限定符之后放置 ?，该表达式从"贪心"表达式转换为"非贪心"表达式或者最小匹配。

定位符

定位符使你能够将正则表达式固定到行首或行尾。它们还使你能够创建这样的正则表达式，这些正则表达式出现在一个单词内、在一个单词的开头或者一个单词的结尾。

定位符用来描述字符串或单词的边界，^和$分别指字符串的开始与结束，\b描述单词的前或后边界，\B表示非单词边界。

正则表达式的限定符有：

注意：不能将限定符与定位点一起使用。由于在紧靠换行或者字边界的前面或后面不能有一个以上位置，因此不允许诸如 ^* 之类的表达式。

若要匹配一行文本开始处的文本，请在正则表达式的开始使用 ^ 字符。不要将 ^ 的这种用法与中括号表达式内的用法混淆。

若要匹配一行文本的结束处的文本，请在正则表达式的结束处使用 $ 字符。

若要在搜索章节标题时使用定位点，下面的正则表达式匹配一个章节标题，该标题只包含两个尾随数字，并且出现在行首：

/^Chapter [1-9][0-9]{0,1}/

真正的章节标题不仅出现行的开始处，而且它还是该行中仅有的文本。它即出现在行首又出现在同一行的结尾。下面的表达式能确保指定的匹配只匹配章节而不匹配交叉引用。通过创建只匹配一行文本的开始和结尾的正则表达式，就可做到这一点。

/^Chapter [1-9][0-9]{0,1}$/

匹配字边界稍有不同，但向正则表达式添加了很重要的能力。字边界是单词和空格之间的位置。非字边界是任何其他位置。下面的表达式匹配单词 Chapter 的开头三个字符，因为这三个字符出现字边界后面：

/\bCha/

\b 字符的位置是非常重要的。如果它位于要匹配的字符串的开始，它在单词的开始处查找匹配项。如果它位于字符串的结尾，它在单词的结尾处查找匹配项。例如，下面的表达式匹配单词 Chapter 中的字符串 ter，因为它出现在字边界的前面：

/ter\b/

下面的表达式匹配 Chapter 中的字符串 apt，但不匹配 aptitude 中的字符串 apt：

/\Bapt/

字符串 apt 出现在单词 Chapter 中的非字边界处，但出现在单词 aptitude 中的字边界处。对于 \B 非字边界运算符，位置并不重要，因为匹配不关心究竟是单词的开头还是结尾。

选择

用圆括号将所有选择项括起来，相邻的选择项之间用|分隔。但用圆括号会有一个副作用，是相关的匹配会被缓存，此时可用?:放在第一个选项前来消除这种副作用。

其中?:是非捕获元之一，还有两个非捕获元是?=和?!，这两个还有更多的含义，前者为正向预查，在任何开始匹配圆括号内的正则表达式模式的位置来匹配搜索字符串，后者为负向预查，在任何开始不匹配该正则表达式模式的位置来匹配搜索字符串。

反向引用

对一个正则表达式模式或部分模式两边添加圆括号将导致相关匹配存储到一个临时缓冲区中，所捕获的每个子匹配都按照在正则表达式模式中从左到右出现的顺序存储。缓冲区编号从 1 开始，最多可存储 99 个捕获的子表达式。每个缓冲区都可以使用 '\n' 访问，其中 n 为一个标识特定缓冲区的一位或两位十进制数。

可以使用非捕获元字符 '?:'、'?=' 或 '?!' 来重写捕获，忽略对相关匹配的保存。

反向引用的最简单的、最有用的应用之一，是提供查找文本中两个相同的相邻单词的匹配项的能力。以下面的句子为例：

Is is the cost of of gasoline going up up?

上面的句子很显然有多个重复的单词。如果能设计一种方法定位该句子，而不必查找每个单词的重复出现，那该有多好。下面的正则表达式使用单个子表达式来实现这一点：

/\b([a-z]+) \1\b/gi

捕获的表达式，正如 [a-z]+ 指定的，包括一个或多个字母。正则表达式的第二部分是对以前捕获的子匹配项的引用，即，单词的第二个匹配项正好由括号表达式匹配。\1 指定第一个子匹配项。字边界元字符确保只检测整个单词。否则，诸如"is issued"或"this is"之类的词组将不能正确地被此表达式识别。

正则表达式后面的全局标记 (g) 指示，将该表达式应用到输入字符串中能够查找到的尽可能多的匹配。表达式的结尾处的不区分大小写 (i) 标记指定不区分大小写。多行标记指定换行符的两边可能出现潜在的匹配。

反向引用还可以将通用资源指示符 (URI) 分解为其组件。假定你想将下面的 URI 分解为协议（ftp、http 等等）、域地址和页/路径：

http://www.w3cschool.cn:80/html/html-tutorial.html

下面的正则表达式提供该功能：

/(\w+):\/\/([^/:]+)(:\d*)?([^# ]*)/

第一个括号子表达式捕获 Web 地址的协议部分。该子表达式匹配在冒号和两个正斜杠前面的任何单词。第二个括号子表达式捕获地址的域地址部分。子表达式匹配 / 或 : 之外的一个或多个字符。第三个括号子表达式捕获端口号（如果指定了的话）。该子表达式匹配冒号后面的零个或多个数字。只能重复一次该子表达式。最后，第四个括号子表达式捕获 Web 地址指定的路径和/或页信息。该子表达式能匹配不包括 # 或空格字符的任何字符序列。

将正则表达式应用到上面的 URI，各子匹配项包含下面的内容：

• 第一个括号子表达式包含"http"
• 第二个括号子表达式包含"www.w3cschool.cn"
• 第三个括号子表达式包含":80"
• 第四个括号子表达式包含"/html/html-tutorial.html"

写在最后

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