2016年09月09日 21:00:00

深入理解正则表达式环视的概念与用法 Featured

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在《深入理解正则表达式高级教程-环视》中已经对环视做了简单的介绍,但是,可能还有一些读者比较迷惑,今天特意以专题的形式,深入探讨一下正则表达式的环视的概念与用法。

一、环视的概念

环视,在不同的地方又称之为零宽断言,简称断言。
环视强调的是它所在的位置,前面或者后面,必须满足环视表达式中的匹配情况,才能匹配成功。
环视可以认为是虚拟加入到它所在位置的附加判断条件,并不消耗正则的匹配字符。

(一)环视概念与匹配过程示例

示例一:简单环视匹配过程

例如,对于源字符串ABC,正则(?=A)[A-Z]匹配的是:
1. (?=A)所在的位置,后面是A
2. 表达式[A-Z]匹配A-Z中任意一个字母
根据两个的先后位置关系,组合在一起,那就是:
(?=A)所在的位置,后面是A,而且是A-Z中任意一个字母,因此,上面正则表达式匹配一个大写字母A

从例子可以看出,从左到右,正则分别匹配了环视(?=A)[A-Z],由于环视不消耗正则的匹配字符,因此,[A-Z]还能对A进行匹配,并得到结果。

(二)什么是消耗正则的匹配字符?

在《深入理解正则表达式高级教程》里我们已经讲过,正则是按照单个字符来进行匹配的,一般情况下是从左到右,逐个匹配源字符串中的内容。

示例二:一次匹配消耗匹配字符匹配过程

例如,对于源字符串ABCAD,正则A[A-Z]匹配的过程是:
1. 正则A:因为没有位置限定,因此是从源字符串开始位置开始,也就是正则里的^,这个^是虚拟字符,表示匹配字符串开始位置,也就是源字符串ABCAD里的A前面的位置,因为正则A能够匹配源字符串A,匹配成功,匹配位置从源字符串^的位置后移一位,到达A后面,即此时源字符串ABCADA这个字符已经被消耗,接下来的正则匹配从A后面开始。
2. 正则[A-Z]:当前匹配位置为第一个A字母后面位置,正则[A-Z]对源字符串ABCAD里的B字母进行匹配,匹配成功,位置后移到B字母后面的位置。至此,由于正则已经匹配完成,因此,正则A[A-Z]匹配结果是AB

我们知道,有些语言如js支持g模式修饰符,也就是全局匹配,那么,上面例子中,正则匹配1次成功之后,将会从匹配成功位置(B字母后面位置)开始,再从头进行匹配一次正则,直到源字符串全部消耗完为止。

示例三:多次匹配消耗匹配字符匹配过程

因此,全局匹配的过程补充如下:
3. 正则A:当前匹配位置为B字母后面位置,正则A去匹配源字符串中的C,匹配失败,匹配位置后移一位,此时C被消耗了。
4. 正则A:当前匹配位置为C字母后面位置,正则A去匹配源字符串中的第二个A字母,匹配成功,匹配位置后移一位,此时A被消耗了。
5. 正则[A-Z]:当前匹配位置为第二个A字母后面位置,正则[A-Z]对源字符串ABCAD里的D字母进行匹配,匹配成功,位置后移到D字母后面的位置,此时D被消耗了。
6. 由于正则里还有个源字符串结束位置,也就是正则里的$,这个$也是虚拟字符,因此,还要继续进行匹配:
正则A:当前匹配位置为D字母后面的位置,正则A去匹配源字符串的结束位置,匹配失败,匹配结束。

最终匹配结果是ABAD

二、环视的类型

环视的类型有两类:

(一)肯定和否定

1、肯定:(?=exp)(?<=exp)
2、否定:(?!exp)(?<!exp)

(二)顺序和逆序

1、顺序:(?=exp)(?!exp)
2、逆序:(?<=exp)(?<!exp)

· 两种类型名称组合

1、肯定顺序:(?=exp)
2、否定顺序:(?!exp)
3、肯定逆序:(?<=exp)
4、否定逆序:(?<!exp)

· 关于环视位置的理解

图示关于环视位置的理解

正则测试工具上理解环视位置(可在正则表达式输入框左上角v1位置切换4个版本)

· 四种组合的用法

四种组合,根据正则与环视位置的不同,又可以组合出来8种不同的摆放方式。
一般来说,顺序的环视,放在正则后面,认为是常规用法,而放在正则前面,对正则本身的匹配起到了限制,则认为是变种的用法。
而逆序的环视,常规用法是环视放在正则前面,变种用法是放在正则后面。
总结一句话就是:常规用法,环视不对正则本身做限制。
但是,无论常规和变种,都是非常常见的用法。

四种组合正则与环视的摆放位置

  1. 1、肯定顺序常规: [a-z]+(?=;) 字母序列后面跟着;
  2. 2、肯定顺序变种: (?=[a-z]+$).+$ 字母序列
  3. 3、肯定逆序常规: (?<=:)[0-9]+ :后面的数字
  4. 4、肯定逆序变种: \b[0-9]\b(?<=[13579]) 0-9中的奇数
  5. 5、否定顺序常规: [a-z]+\b(?!;) 不以;结尾的字母序列
  6. 6、否定顺序变种: (?!.*?[lo0])\b[a-z0-9]+\b 不包含l/o/0的字母数字系列
  7. 7、否定逆序常规: (?<!age)=([0-9]+) 参数名不为age的数据
  8. 8、否定逆序变种: \b[a-z]+(?<!z)\b 不以z结尾的单词

下面示例,仅对肯定顺序环视进行两种用法的讲解,其他组合都有类似用法,读者参考上面列举8种位置用法自行测试。

1、肯定顺序:(?=exp)

(1)常规用法

所谓常规用法,主要指正则匹配部分位于肯定顺序环视左侧,如:test(?=\.php),用于匹配后缀是.php的test文件。

示例四:肯定顺序环视常规用法

源字符串:

  1. notexefile1.txt
  2. exefile1.exe
  3. exefile2.exe
  4. exefile3.exe
  5. notexefile2.php
  6. notexefile3.sh

需求:获取.exe后缀文件不含后缀的文件名
正则:.+(?=\.exe)
结果:

  1. exefile1
  2. exefile2
  3. exefile3

示例中,因为要获取.exe后缀不含后缀的文件名,因此,在不使用分组进行捕获的时候,我们利用了肯定顺序型环视的限定,达到了既限定为.exe后缀又不被捕获进匹配结果的效果,充分展示了环视不占位的特性。

(2)变种用法

所谓变种用法,主要指正则匹配部分位于肯定顺序环视右侧,匹配内容收到环视条件的限定,如:^(?=[a-z]+$).+,虽然后面用的是.+.除了不能匹配换行,能匹配任意字符),但是,这个表达式只能匹配一个以上的a-z字母组合,因为它被前面的环视限制了匹配范围。

示例五:肯定顺序环视变种用法

需求:必须包含字母(不区分大小写)、数字,6-16位密码
正则:^(?=.*?[a-zA-Z])(?=.*?[0-9])[a-zA-Z0-9]{6,16}$
测试用例:

  1. #量词条件:
  2. 1. 小于6
  3. 2. 6-16(关注边界值)
  4. 3. 大于16
  5. #字符条件:
  6. 1. 纯数字
  7. 2. 纯英文
  8. 3. 数字+英文
  9. 4. 英文+数字
  10. 5. 英文数字乱序混合
  11. 注:每类字符条件都要考虑量词条件

示例中,使用(?=.*?[a-zA-Z])限定后面的字符中至少有一个字母,使用(?=.*?[0-9])限定后面的字符中至少有一个数字,最后通过实际匹配正则[a-zA-Z0-9]{6,16}限定量词。此示例,同样提现了环视不占位的特性,否则的话,第一个环视消耗完字符,会导致后面匹配失败,而实际并没有,因为环视不消耗匹配字符。

2、否定顺序:(?!exp)

示例六:否定顺序环视

源字符串:

  1. notexefile1.txt
  2. exefile1.exe
  3. exefile2.exe
  4. exefile3.exe
  5. notexefile2.php
  6. notexefile3.sh

需求:获取不是.exe后缀文件不含后缀的文件名
正则:(.+)(?!\.exe)\.[^.]+$
结果:

  1. notexefile1
  2. notexefile2
  3. notexefile3

首先,拿到这个需求,看过前面肯定顺序环视例子的写法,我们很可能一下子写出来.+(?!\.exe),但是测试之后却发现,错了!为什么?一万个为什么飘过~~~
为什么匹配错误,这涉及到正则匹配的原理,匹配过程如下:
为了解释方便,这里以多行模式进行讲解。
正则.+:因为没有指定位置,从每行字符串开始位置开始匹配,.+是贪婪模式,尽可能多匹配,而且是匹配除了换行外的任意字符,因此,以第一行为例,.+匹配到notexefile1.txt,匹配位置移动到字符串最后。
正则(?!\.exe):匹配字符串结束位置,不是.exe,成功,匹配结束。
匹配结果得到:notexefile1.txt
其他几行匹配过程是类似的,我们发现每行它都匹配上了,这不是我们预期的结果。

为了得到预期的结果,我们需要在环视限定的条件下,把后缀部分消耗掉,同时利用否定顺序环视限定其不能是.exe后缀,然后用分组获取文件名,得到表达式:(.+)(?!\.exe)\.[^.]+$。这个表达式的匹配过程,跟上面其实是类似的,只不过因为表达式没有匹配完成,导致了回溯,回溯让出了后缀部分给\.[^.]+去匹配了。

在写这个正则的过程中,我们可以先写出(.+)\.[^.]+$这样的正则,然后在再后缀位置插入环视限定,从而得到目标正则(.+)(?!\.exe)\.[^.]+$

由于回溯过程涉及步骤过多,这里就不做展开,后面有机会再写一个关于正则回溯的文章,现在大家可以打开这个否定顺序匹配与回溯演示页,分别查看3个版本的debug情况。
选择版本:在正则输入框上面的下拉菜单里
查看debug:左侧TOOLS区域的Regex Debugger菜单。
注:由于该站jquery引用自谷歌,因此需要翻墙加载才可以打开

当然也可以用Regexbuddy的Debug功能,这个可以参考《正则表达式工具RegexBuddy使用教程》查看Debug用法。

三个版本的正则都是(.+)(?!\.exe)\.[^.]+$
源字符串分别是:
1. 测试示例六,使用示例六源字符串
2. 测试匹配成功情况回溯,源字符串

notexefile1.txt

3. 测试匹配失败情况回溯,源字符串

exefile1.exe

3、肯定逆序:(?<=exp)

(1)肯定逆序环视和否定逆序环视在一些语言中是不支持的,如JavaScript就不支持,大家在使用过程中需要注意一下。
(2)很多语言不支持非确定长度的逆序环视。所谓非确定长度,是指逆序环视部分内容,不是固定长度的,如(?<=.*;)abc,这里用的.*就是不固定的长度。无论是分支情况还是什么,逆序环视部分需要固定长度。
(3)有些语言里,支持特定范围的非确定长度,这个是指(?<=.{0,100};)abc这种,本来的.*使用0-100这样的限定最大长度为100的范围值。
因此,大家使用过程中可以根据自己使用语言的差异,测试使用。

示例七:肯定逆序环视

源字符串:

  1. name=Zjmainstay
  2. age=26

需求:获取name参数的值
正则:(?<=name=).+

示例很直白,前面必须是name=,然后获取其后面的数据,由于环视不占位,因此并没有出现在匹配结果中。

4、否定逆序:(?<!exp)

示例八:否逆序环视

源字符串:

  1. name=Zjmainstay
  2. age=26

需求:获取不是name参数的值
正则:^[^=]+=(?<!name=)(.+)

跟否定顺序示例一样,我们不能直接用(?<!name=).+进行匹配,正则做法是先把参数部分匹配出来,再用否定逆序环视对它进行限定,限定它不能是name=,因此实现匹配。

讲到这里,你们是否能想到前面否定顺序示例六中,可以用否定逆序来做?
正则:(.+)\.[^.]+(?<!\.exe)$

因此,几个环视组合,由于正则所摆放的位置不同,可以产生等价的效果。

附: js不支持(?<=exp)(?<!exp) 语法

三、环视的应用

环视一直是正则表达式使用过程中的难题,主要体现在它的不占位(不消耗匹配字符)但起限定作用、肯定和否定、顺序和逆序区分、摆放位置不同如何理解等概念上。经过上面的讲解,相信读者已经对这几个概念有了深刻的理解,但是,理解概念跟灵活运用是两码事。
接下来我们再举几个平时常用的例子,帮助大家理解并掌握,达到灵活运用的程度。

示例九:正则分块组合法-必须包含字母、数字、特殊字符

正则:^(?=.*?[a-z])(?=.*?\d)(?![a-z\d]+$).+$
解析:
(?=.*?[a-z])限制必须有字母
(?=.*?\d)限制必须有数字
(?![a-z\d]+$)限制从开头到结尾不能全为数字和字母
.+在没有限定的情况下可以是任意字符
^$ 限定字符串的开头和结尾
组合起来就可以得到上面正则。

示例十:正则逐步完善法-排除特定标签p/a/img,匹配html标签

正则:</?(?!p|a|img)([^> /]+)[^>]*/?>
解析:
常见的标签格式有:

  1. <p>...</p> //无属性值
  2. <p class="t"....>...</p> //有属性值
  3. <img ..../> //有属性值自闭合
  4. <br/> //无属性值自闭合

首先,从简单标签入手,对于</p><br/>,写出正则:
</?[^>]*/?>
由于[^>]通配符的匹配访问太大,因此,实际上无论有没有属性值,都被上面表达式给匹配了,这个没关系,我们通过进一步细化匹配通配符,缩小匹配范围。
我们观察可得,标签名是这样得到的:

  1. 无属性值:<p> <([^>]+)
  2. 有属性值:<p class <([^ ]+)
  3. 无属性值自闭合:<br/> <([^/]+)
  4. 闭合标签:</p> </([^>]+)>

得到正则:

  1. </?([^> /]+)

用这部分代替前面通配正则的标签名部分,得到:
</?([^> /]+)[^>]*/?>
最后,我们需要排除p/a/img标签,用否定顺序法,在标签名前面加入否定环视:
</?(?!p|a|img)([^> /]+)[^>]*/?>
大功告成,这是我们要的结果!

此示例的正则逐步完善法是正则书写过程中常用方法,倒推回去也是可行的,比如,假如我们拿到一段很长的正则,而它的匹配结果是错误的,我们该怎么做?
我们可以用逐步截断的方法,一步步的减除掉右侧的一部分,直到它恢复匹配,我们就知道刚刚被减除掉的部分正则是有问题的,观察它为什么导致错误,修改正确,再逐步恢复后面减除的正则即可。

示例十一:正则减除查错法-匹配异常原因查找

源字符串:

  1. <ul>
  2. <li class="item">item1</li>
  3. <li class="item">item2</li>
  4. <li class="item bug">item3</li>
  5. <li class="item">item4</li>
  6. <li class="item">item5</li>
  7. </ul>

正则:<li class="item">(.*?)</li>
减除排错过程:
例子比较简单,主要演示思路过程。
用上面的正则去匹配源字符串,我们发现,明明预期5个结果,但是却得到了4个,因此,我们开始进行减除正则排错。
1. 减除右侧</li>,此时正则<li class="item">(.*?) 匹配4个
2. 减除右侧(.*?),此时正则<li class="item">,匹配4个
3. 减除"item">,此时正则<li class=匹配5个
4. 恢复"item">,减除>,此时正则<li class="item",匹配4个
5. 减除",此时正则<li class="item匹配5个
至此,观察发现item后面还有其他可能,补充兼容:
6. 修复得正则<li class="item[^"]*"
7. 逐步把前面减除的"后面部分补充回来,此时正则<li class="item[^"]*">(.*?)</li>匹配5个
问题解决!

总结

文章至此,已经完整讲解了正则表达式环视的概念与用法,读者从中能够了解到正则的逐步匹配原理,消耗与不消耗匹配字符原理,环视的不占位概念,环视作为一个虚拟位置限定其前后匹配的概念,环视肯定和否定类型与顺序和逆序类型的概念,以及各种概念原理的运用,最后还附带了正则书写过程中运用的分块组合法、逐步完善法和减除查错法,希望能够帮助广大读者更加深刻地理解正则表达式,达到灵活运用的程度。

更多关于正则表达式入门的内容,请参考本站博客《我眼里的正则表达式入门教程
更多关于正则表达式高级的内容,请参考本站博客《深入理解正则表达式高级教程
Windows正则表达式测试工具请从《正则表达式测试工具RegexBuddy-4.1.0》下载
Mac正则表达式测试工具请从《Mac正则表达式测试工具》下载



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