正则表达式学习笔记

正则表达式基础

正则表达式由一些普通字符和一些元字符（metacharacters）组成。普通字符包括大小写的字母和数字，而元字符则具有特殊的含义，我们下面会给予解释。

在最简单的情况下，一个正则表达式看上去就是一个普通的查找串。例如，正则表达式"testing"中没有包含任何元字符，，它可以匹配"testing"和"123testing"等字符串，但是不能匹配"Testing"。

要想真正的用好正则表达式，正确的理解元字符是最重要的事情。下表列出了所有的元字符和对它们的一个简短的描述。

元字符		描述
.		匹配任何单个字符。例如正则表达式r.t匹配这些字符串：rat、rut、r t，但是不匹配root。
$		匹配行结束符。例如正则表达式weasel$ 能够匹配字符串"He's a weasel"的末尾，但是不能匹配字符串"They are a bunch of weasels."。
^		匹配一行的开始。例如正则表达式^When in能够匹配字符串"When in the course of human events"的开始，但是不能匹配"What and When in the"。
*		匹配0或多个正好在它之前的那个字符。例如正则表达式.*意味着能够匹配任意数量的任何字符。
\		这是引用府，用来将这里列出的这些元字符当作普通的字符来进行匹配。例如正则表达式\$被用来匹配美元符号，而不是行尾，类似的，正则表达式\.用来匹配点字符，而不是任何字符的通配符。
[ ]  [c1-c2] [^c1-c2]		匹配括号中的任何一个字符。例如正则表达式r[aou]t匹配rat、rot和rut，但是不匹配ret。可以在括号中使用连字符-来指定字符的区间，例如正则表达式[0-9]可以匹配任何数字字符；还可以制定多个区间，例如正则表达式[A-Za-z]可以匹配任何大小写字母。另一个重要的用法是“排除”，要想匹配除了指定区间之外的字符——也就是所谓的补集——在左边的括号和第一个字符之间使用^字符，例如正则表达式[^269A-Z] 将匹配除了2、6、9和所有大写字母之外的任何字符。
\< \>		匹配词（word）的开始（\<）和结束（\>）。例如正则表达式\能够匹配字符串"for the wise"中的"the"，但是不能匹配字符串"otherwise"中的"the"。注意：这个元字符不是所有的软件都支持的。
\( \)		将 \( 和 \) 之间的表达式定义为“组”（group），并且将匹配这个表达式的字符保存到一个临时区域（一个正则表达式中最多可以保存9个），它们可以用 \1 到\9 的符号来引用。
|		将两个匹配条件进行逻辑“或”（Or）运算。例如正则表达式(him|her) 匹配"it belongs to him"和"it belongs to her"，但是不能匹配"it belongs to them."。注意：这个元字符不是所有的软件都支持的。
+		匹配1或多个正好在它之前的那个字符。例如正则表达式9+匹配9、99、999等。注意：这个元字符不是所有的软件都支持的。
?		匹配0或1个正好在它之前的那个字符。注意：这个元字符不是所有的软件都支持的。
\{i\} \{i,j\}		匹配指定数目的字符，这些字符是在它之前的表达式定义的。例如正则表达式A[0-9]\{3\} 能够匹配字符"A"后面跟着正好3个数字字符的串，例如A123、A348等，但是不匹配A1234。而正则表达式[0-9]\{4,6\} 匹配连续的任意4个、5个或者6个数字字符。注意：这个元字符不是所有的软件都支持的。

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最简单的元字符是点，它能够匹配任何单个字符（注意不包括新行符）。假定有个文件test.txt包含以下几行内容：

he is a rat
he is in a rut
the food is Rotten
I like root beer

我们可以使用grep命令来测试我们的正则表达式，grep命令使用正则表达式去尝试匹配指定文件的每一行，并将至少有一处匹配表达式的所有行显示出来。命令

grep r.t test.txt

在test.txt文件中的每一行中搜索正则表达式r.t，并打印输出匹配的行。正则表达式r.t匹配一个r接着任何一个字符再接着一个t。所以它将匹配文件中的rat和rut，而不能匹配Rotten中的Rot，因为正则表达式是大小写敏感的。要想同时匹配大写和小写字母，应该使用字符区间元字符（方括号）。正则表达式[Rr]能够同时匹配R和r。所以，要想匹配一个大写或者小写的r接着任何一个字符再接着一个t就要使用这个表达式：[Rr].t。

要想匹配行首的字符要使用抑扬字符（^）——又是也被叫做插入符。例如，想找到text.txt中行首"he"打头的行，你可能会先用简单表达式he，但是这会匹配第三行的the，所以要使用正则表达式^he，它只匹配在行首出现的h。

有时候指定“除了×××都匹配”会比较容易达到目的，当抑扬字符（^）出现在方括号中是，它表示“排除”，例如要匹配he ，但是排除前面是t or s的情性（也就是the和she），可以使用：[^st]he。

可以使用方括号来指定多个字符区间。例如正则表达式[A-Za-z]匹配任何字母，包括大写和小写的；正则表达式[A-Za-z][A-Za-z]* 匹配一个字母后面接着0或者多个字母（大写或者小写）。当然我们也可以用元字符+做到同样的事情，也就是：[A-Za-z]+ ，和[A-Za-z][A-Za-z]*完全等价。但是要注意元字符+ 并不是所有支持正则表达式的程序都支持的。关于这一点可以参考后面的。

要指定特定数量的匹配，要使用大括号（注意必须使用反斜杠来转义）。想匹配所有100和1000的实例而排除10和10000，可以使用：10\{2,3\}，这个正则表达式匹配数字1后面跟着2或者3个0的模式。在这个元字符的使用中一个有用的变化是忽略第二个数字，例如正则表达式0\{3,\} 将匹配至少3个连续的0。

简单的例子

这里有一些有代表性的、比较简单的例子。

vi 命令	作用
:%s/ */ /g	把一个或者多个空格替换为一个空格。
:%s/ *$//	去掉行尾的所有空格。
:%s/^/ /	在每一行头上加入一个空格。
:%s/^[0-9][0-9]* //	去掉行首的所有数字字符。
:%s/b[aeio]g/bug/g	将所有的bag、beg、big和bog改为bug。
:%s/t\([aou]\)g/h\1t/g	将所有tag、tog和tug分别改为hat、hot和hug（注意用group的用法和使用\1引用前面被匹配的字符）。

中级的例子（神奇的咒语）

例1

将所有方法foo(a,b,c)的实例改为foo(b,a,c)。这里a、b和c可以是任何提供给方法foo()的参数。也就是说我们要实现这样的转换：

之前		之后
foo(10,7,2)		foo(7,10,2)
foo(x+13,y-2,10)		foo(y-2,x+13,10)
foo( bar(8), x+y+z, 5)		foo( x+y+z, bar(8), 5)

下面这条替换命令能够实现这一魔法：

:%s/foo(\([^,]*\),\([^,]*\),\([^)]*\))/foo(\2,\1,\3)/g

现在让我们把它打散来加以分析。写出这个表达式的基本思路是找出foo()和它的括号中的三个参数的位置。第一个参数是用这个表达式来识别的：：\([^,]*\)，我们可以从里向外来分析它： 

[^,]		除了逗号之外的任何字符
[^,]*		0或者多个非逗号字符
\([^,]*\)		将这些非逗号字符标记为\1，这样可以在之后的替换模式表达式中引用它
\([^,]*\),		我们必须找到0或者多个非逗号字符后面跟着一个逗号，并且非逗号字符那部分要标记出来以备后用。

现在正是指出一个使用正则表达式常见错误的最佳时机。为什么我们要使用[^,]*这样的一个表达式，而不是更加简单直接的写法，例如：.*，来匹配第一个参数呢？设想我们使用模式.*来匹配字符串"10,7,2"，它应该匹配"10,"还是"10,7,"？为了解决这个两义性（ambiguity），正则表达式规定一律按照最长的串来，在上面的例子中就是"10,7,"，显然这样就找出了两个参数而不是我们期望的一个。所以，我们要使用[^,]*来强制取出第一个逗号之前的部分。

这个表达式我们已经分析到了：foo(\([^,]*\)，这一段可以简单的翻译为“当你找到foo(就把其后直到第一个逗号之前的部分标记为\1”。然后我们使用同样的办法标记第二个参数为\2。对第三个参数的标记方法也是一样，只是我们要搜索所有的字符直到右括号。我们并没有必要去搜索第三个参数，因为我们不需要调整它的位置，但是这样的模式能够保证我们只去替换那些有三个参数的foo()方法调用，在foo()是一个重载（overoading）方法时这种明确的模式往往是比较保险的。然后，在替换部分，我们找到foo()的对应实例，然后利用标记好的部分进行替换，是的第一和第二个参数交换位置。

例2

假设有一个CSV（comma separated value）文件，里面有一些我们需要的信息，但是格式却有问题，目前数据的列顺序是：姓名，公司名，州名缩写，邮政编码，现在我们希望讲这些数据重新组织，以便在我们的某个软件中使用，需要的格式为：姓名，州名缩写-邮政编码，公司名。也就是说，我们要调整列顺序，还要合并两个列来构成一个新列。另外，我们的软件不能接受逗号前后面有任何空格（包括空格和制表符）所以我们还必须要去掉逗号前后的所有空格。

这里有几行我们现在的数据：

Bill Jones,     HI-TEK Corporation ,  CA, 95011
Sharon Lee Smith,  Design Works Incorporated,  CA, 95012
B. Amos   ,  Hill Street Cafe,  CA, 95013
Alexander Weatherworth,  The Crafts Store,  CA, 95014
...

我们希望把它变成这个样子：

Bill Jones,CA 95011,HI-TEK Corporation
Sharon Lee Smith,CA 95012,Design Works Incorporated
B. Amos,CA 95013,Hill Street Cafe
Alexander Weatherworth,CA 95014,The Crafts Store
...

我们将用两个正则表达式来解决这个问题。第一个移动列和合并列，第二个用来去掉空格。

下面就是第一个替换命令：

:%s/\([^,]*\),\([^,]*\),\([^,]*\),\(.*\)/\1,\3 \4,\2/

这里的方法跟例1基本一样，第一个列（姓名）用这个表达式来匹配：\([^,]*\)，即第一个逗号之前的所有字符，而姓名内容被用\1标记下来。公司名和州名缩写字段用同样的方法标记为\2和\3，而最后一个字段用\(.*\)来匹配（"匹配所有字符直到行末"）。替换部分则引用上面标记的那些内容来进行构造。

下面这个替换命令则用来去除空格：

:%s/[ \t]*,[ \t]*/,/g

我们还是分解来看：[ \t]匹配空格/制表符，[ \t]* 匹配0或多个空格/制表符，[ \t]*,匹配0或多个空格/制表符后面再加一个逗号，最后，[ \t]*,[ \t]*匹配0或多个空格/制表符接着一个逗号再接着0或多个空格/制表符。在替换部分，我们简单的我们找到的所有东西替换成一个逗号。这里我们使用了结尾的可选的g参数，这表示在每行中对所有匹配的串执行替换（而不是缺省的只替换第一个匹配串）。

例3

假设有一个多字符的片断重复出现，例如：

Billy tried really hard
Sally tried really really hard
Timmy tried really really really hard
Johnny tried really really really really hard

而你想把"really"、"really really"，以及任意数量连续出现的"really"字符串换成一个简单的"very"（simple is good!），那么以下命令：

:%s/\(really \)\(really \)*/very /

就会把上述的文本变成：

Billy tried very hard
Sally tried very hard
Timmy tried very hard
Johnny tried very hard

表达式\(really \)*匹配0或多个连续的"really "（注意结尾有个空格），而\(really \)\(really \)* 匹配1个或多个连续的"really "实例。

困难的例子（不可思议的象形文字）

Coming soon.

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不同工具中的正则表达式

OK，你已经准备使用RE（regular expressions，正则表达式），但是你并准备使用vi。所以，在这里我们给出一些在其他工具中使用RE的例子。另外，我还会总结一下你在不同程序之间使用RE可能发现的区别。

当然，你也可以在Visual C++编辑器中使用RE。选择Edit->Replace，然后选择"Regular expression"选择框，Find What输入框对应上面介绍的vi命令:%s/pat1/pat2/g中的pat1部分，而Replace输入框对应pat2部分。但是，为了得到vi的执行范围和g选项，你要使用Replace All或者适当的手工Find Next and Replace（译者按：知道为啥有人骂微软弱智了吧，虽然VC中可以选中一个范围的文本，然后在其中执行替换，但是总之不够vi那么灵活和典雅）。

sed

Sed是Stream EDitor的缩写，是Unix下常用的基于文件和管道的编辑工具，可以在手册中得到关于sed的详细信息。

这里是一些有趣的sed脚本，假定我们正在处理一个叫做price.txt的文件。注意这些编辑并不会改变源文件，sed只是处理源文件的每一行并把结果显示在标准输出中（当然很容易使用重定向来定制）：

sed脚本		描述
sed 's/^$/d' price.txt		删除所有空行
sed 's/^[ \t]*$/d' price.txt		删除所有只包含空格或者制表符的行
sed 's/"//g' price.txt		删除所有引号

awk

awk是一种编程语言，可以用来对文本数据进行复杂的分析和处理。可以在手册中得到关于awk的详细信息。这个古怪的名字是它作者们的姓的缩写（Aho，Weinberger和Kernighan）。

在Aho，Weinberger和Kernighan的书The AWK Programming Language中有很多很好的awk的例子，请不要让下面这些微不足道的脚本例子限制你对awk强大能力的理解。我们同样假定我们针对price.txt文件进行处理，跟sed一样，awk也只是把结果显示在终端上。 

awk脚本		描述
awk '$0 !~ /^$/' price.txt		删除所有空行
awk 'NF > 0' price.txt		awk中一个更好的删除所有行的办法
awk '$2 ~ /^[JT]/ {print $3}' price.txt		打印所有第二个字段是'J'或者'T'打头的行中的第三个字段
awk '$2 !~ /[Mm]isc/ {print $3 + $4}' price.txt		针对所有第二个字段不包含'Misc'或者'misc'的行，打印第3和第4列的和（假定为数字）
awk '$3 !~ /^[0-9]+\.[0-9]*$/ {print $0}' price.txt		打印所有第三个字段不是数字的行，这里数字是指d.d或者d这样的形式，其中d是0到9的任何数字
awk '$2 ~ /John|Fred/ {print $0}' price.txt		如果第二个字段包含'John'或者'Fred'则打印整行

grep

grep是一个用来在一个或者多个文件或者输入流中使用RE进行查找的程序。它的name编程语言可以用来针对文件和管道进行处理。可以在手册中得到关于grep的完整信息。这个同样古怪的名字来源于vi的一个命令，g/re/p，意思是global regular expression print。

下面的例子中我们假定在文件phone.txt中包含以下的文本，——其格式是姓加一个逗号，然后是名，然后是一个制表符，然后是电话号码：

Francis, John           5-3871
Wong, Fred              4-4123
Jones, Thomas           1-4122
Salazar, Richard        5-2522

grep命令		描述
grep '\t5-...1' phone.txt		把所有电话号码以5开头以1结束的行打印出来，注意制表符是用\t表示的
grep '^S[^ ]* R' phone.txt		打印所有姓以S打头和名以R打头的行
grep '^[JW]' phone.txt		打印所有姓开头是J或者W的行
grep ', ....\t' phone.txt		打印所有姓是4个字符的行，注意制表符是用\t表示的
grep -v '^[JW]' phone.txt		打印所有不以J或者W开头的行
grep '^[M-Z]' phone.txt		打印所有姓的开头是M到Z之间任一字符的行
grep '^[M-Z].*[12]' phone.txt		打印所有姓的开头是M到Z之间任一字符，并且点号号码结尾是1或者2的行

egrep

egrep是grep的一个扩展版本，它在它的正则表达式中支持更多的元字符。下面的例子中我们假定在文件phone.txt中包含以下的文本，——其格式是姓加一个逗号，然后是名，然后是一个制表符，然后是电话号码：

Francis, John           5-3871
Wong, Fred              4-4123
Jones, Thomas           1-4122
Salazar, Richard        5-2522

egrep command		Description
egrep '(John|Fred)' phone.txt		打印所有包含名字John或者Fred的行
egrep 'John|22$|^W' phone.txt		打印所有包含John 或者以22结束或者以W的行
egrep 'net(work)?s' report.txt		从report.txt中找到所有包含networks或者nets的行

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正则表达式语法支持情况

命令或环境	.	[ ]	^	$	\( \)	\{ \}	?	+	|	( )
vi	X	X	X	X	X
Visual C++	X	X	X	X	X
awk	X	X	X	X			X	X	X	X
sed	X	X	X	X	X	X
Tcl	X	X	X	X	X		X	X	X	X
ex	X	X	X	X	X	X
grep	X	X	X	X	X	X
egrep	X	X	X	X	X		X	X	X	X
fgrep	X	X	X	X	X
perl	X	X	X	X	X		X	X	X	X

 

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vi替换命令简介

Vi的替换命令：

:ranges/pat1/pat2/g

其中

: 这是Vi的命令执行界面。

range 是命令执行范围的指定，可以使用百分号（%）表示所有行，使用点（.）表示当前行，使用美元符号（$）表示最后一行。你还可以使用行号，例如10,20表示第10到20行，.,$表示当前行到最后一行，.+2,$-5表示当前行后两行直到全文的倒数第五行，等等。

s 表示其后是一个替换命令。

pat1 这是要查找的一个正则表达式，这篇文章中有一大堆例子。

pat2 这是希望把匹配串变成的模式的正则表达式，这篇文章中有一大堆例子。

g 可选标志，带这个标志表示替换将针对行中每个匹配的串进行，否则则只替换行中第一个匹配串。