如何在C语言中巧用正则表达式

如果用户熟悉Linux下的sed、awk、grep或vi，那么对正则表达式这一概念肯定不会陌生。由于它可以极大地简化处理字符串时的复杂度，因此现在已经在许多Linux实用工具中得到了应用。千万不要以为正则表达式只是Perl、Python、Bash等脚本语言的专利，作为C语言程序员，用户同样可以在自己的程序中运用正则表达式。  

标准的C和C++都不支持正则表达式，但有一些函数库可以辅助C/C++程序员完成这一功能，其中最著名的当数Philip Hazel的Perl-Compatible Regular Expression库，许多Linux发行版本都带有这个函数库。  

编译正则表达式  

为了提高效率，在将一个字符串与正则表达式进行比较之前，首先要用regcomp()函数对它进行编译，将其转化为regex_t结构：  

int regcomp(regex_t *preg, const char *regex, int cflags); 
  


参数regex是一个字符串，它代表将要被编译的正则表达式；参数preg指向一个声明为regex_t的数据结构，用来保存编译结果；参数cflags决定了正则表达式该如何被处理的细节。  

如果函数regcomp()执行成功，并且编译结果被正确填充到preg中后，函数将返回0，任何其它的返回结果都代表有某种错误产生。  

匹配正则表达式  

一旦用regcomp()函数成功地编译了正则表达式，接下来就可以调用regexec()函数完成模式匹配：  

int regexec(const  regex_t  *preg,  const  char *string, size_t nmatch,regmatch_t pmatch[], int eflags); 
typedef struct { 
  regoff_t rm_so; 
  regoff_t rm_eo; 
} regmatch_t; 
  


参数preg指向编译后的正则表达式，参数string是将要进行匹配的字符串，而参数nmatch和pmatch则用于把匹配结果返回给调用程序，最后一个参数eflags决定了匹配的细节。  

在调用函数regexec()进行模式匹配的过程中，可能在字符串string中会有多处与给定的正则表达式相匹配，参数pmatch就是用来保存这些匹配位置的，而参数nmatch则告诉函数regexec()最多可以把多少个匹配结果填充到pmatch数组中。当regexec()函数成功返回时，从string+pmatch[0].rm_so到string+pmatch[0].rm_eo是第一个匹配的字符串，而从string+pmatch[1].rm_so到string+pmatch[1].rm_eo，则是第二个匹配的字符串，依此类推。  

释放正则表达式  

无论什么时候，当不再需要已经编译过的正则表达式时，都应该调用函数regfree()将其释放，以免产生内存泄漏。  

void regfree(regex_t *preg); 
  


函数regfree()不会返回任何结果，它仅接收一个指向regex_t数据类型的指针，这是之前调用regcomp()函数所得到的编译结果。  

如果在程序中针对同一个regex_t结构调用了多次regcomp()函数，POSIX标准并没有规定是否每次都必须调用regfree()函数进行释放，但建议每次调用regcomp()函数对正则表达式进行编译后都调用一次regfree()函数，以尽早释放占用的存储空间。  

报告错误信息  

如果调用函数regcomp()或regexec()得到的是一个非0的返回值，则表明在对正则表达式的处理过程中出现了某种错误，此时可以通过调用函数regerror()得到详细的错误信息。  

size_t regerror(int errcode, const regex_t *preg, char *errbuf, size_t errbuf_size); 
  


参数errcode是来自函数regcomp()或regexec()的错误代码，而参数preg则是由函数regcomp()得到的编译结果，其目的是把格式化消息所必须的上下文提供给regerror()函数。在执行函数regerror()时，将按照参数errbuf_size指明的最大字节数，在errbuf缓冲区中填入格式化后的错误信息，同时返回错误信息的长度。  

应用正则表达式  

最后给出一个具体的实例，介绍如何在C语言程序中处理正则表达式。  

#include ; 
#include ; 
#include ; 

/* 取子串的函数 */ 
static char* substr(const char*str, unsigned start, unsigned end) 
{ 
  unsigned n = end - start; 
  static char stbuf[256]; 
  strncpy(stbuf, str + start, n); 
  stbuf[n] = 0; 
  return stbuf; 
} 
/* 主程序 */ 
int main(int argc, char** argv) 
{ 
  char * pattern; 
  int x, z, lno = 0, cflags = 0; 
  char ebuf[128], lbuf[256]; 
  regex_t reg; 
  regmatch_t pm[10]; 
  const size_t nmatch = 10; 
  /* 编译正则表达式*/ 
  pattern = argv[1]; 
  z = regcomp(®, pattern, cflags); 
  if (z != 0){ 
    regerror(z, ®, ebuf, sizeof(ebuf)); 
    fprintf(stderr, "%s: pattern '%s' \n", ebuf, pattern); 
    return 1; 
  } 
  /*  逐行处理输入的数据 */ 
  while(fgets(lbuf, sizeof(lbuf), stdin)) { 
    ++lno; 
    if ((z = strlen(lbuf)) >; 0 && lbuf[z-1] == '\n') 
      lbuf[z - 1] = 0; 
    /* 对每一行应用正则表达式进行匹配 */ 
    z = regexec(®, lbuf, nmatch, pm, 0); 
    if (z == REG_NOMATCH) continue; 
    else if (z != 0) { 
      regerror(z, ®, ebuf, sizeof(ebuf)); 
      fprintf(stderr, "%s: regcom('%s')\n", ebuf, lbuf); 
      return 2; 
    } 
    /* 输出处理结果 */ 
    for (x = 0; x < nmatch && pm[x].rm_so != -1; ++ x) { 
      if (!x) printf("%04d: %s\n", lno, lbuf); 
      printf("  $%d='%s'\n", x, substr(lbuf, pm[x].rm_so, pm[x].rm_eo)); 
    } 
  } 
  /* 释放正则表达式  */ 
  regfree(®); 
  return 0; 
} 
  


上述程序负责从命令行获取正则表达式，然后将其运用于从标准输入得到的每行数据，并打印出匹配结果。执行下面的命令可以编译并执行该程序：  

#  gcc regexp.c -o regexp 
#  ./regexp  'regex[a-z]*' < regexp.c 
0003: #include ; 
  $0='regex' 
0027:   regex_t reg; 
  $0='regex' 
0054:     z = regexec(®, lbuf, nmatch, pm, 0); 
  $0='regexec' 
  


小结  

对那些需要进行复杂数据处理的程序来说，正则表达式无疑是一个非常有用的工具。本文重点在于阐述如何在C语言中利用正则表达式来简化字符串处理，以便在数据处理方面能够获得与Perl语言类似的灵活性。