計算機程式的思維邏輯 (90) - 正規表示式 (下 - 剖析常見表示式)

swiftma發表於2017-06-22

本系列文章經補充和完善,已修訂整理成書《Java程式設計的邏輯》(馬俊昌著),由機械工業出版社華章分社出版,於2018年1月上市熱銷,讀者好評如潮!各大網店和書店有售,歡迎購買:京東自營連結

計算機程式的思維邏輯 (90) - 正規表示式 (下 -  剖析常見表示式)

88節介紹了正規表示式的語法,上節介紹了正規表示式相關的Java API,本節來討論和分析一些常用的正規表示式,具體包括:

  • 郵編
  • 電話號碼,包括手機號碼和固定電話號碼
  • 日期和時間
  • 身份證
  • IP地址
  • URL
  • Email地址
  • 中文字元

對於同一個目的,正規表示式往往有多種寫法,大多沒有唯一正確的寫法,本節的寫法主要是示例。此外,寫一個正規表示式,匹配希望匹配的內容往往比較容易,但讓它不匹配不希望匹配的內容,則往往比較困難,也就是說,保證精確性經常是很難的,不過,很多時候,我們也沒有必要寫完全精確的表示式,需要寫到多精確與你需要處理的文字和需求有關,另外,正規表示式難以表達的,可以通過寫程式進一步處理。這麼描述可能比較抽象,下面,我們會具體討論分析。

郵編

郵編比較簡單,就是6位數字,所以表示式可以為:

[0-9]{6}
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這個表示式可以用於驗證輸入是否為郵編,比如:

public static Pattern ZIP_CODE_PATTERN = Pattern.compile(
        "[0-9]{6}");

public static boolean isZipCode(String text) {
    return ZIP_CODE_PATTERN.matcher(text).matches();
}
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但如果用於查詢,這個表示式是不夠的,看個例子:

public static void findZipCode(String text) {
    Matcher matcher = ZIP_CODE_PATTERN.matcher(text);
    while (matcher.find()) {
        System.out.println(matcher.group());
    }
}

public static void main(String[] args) {
    findZipCode("郵編 100013,電話18612345678");
}
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文字中只有一個郵編,但輸出卻為:

100013
186123
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這怎麼辦呢?可以使用88節介紹的環視邊界匹配,對於左邊界,它前面的字元不能是數字,環視表示式為:

(?<![0-9])
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對於右邊界,它右邊的字元不能是數字,環視表示式為:

(?![0-9])
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所以,完整的表示式可以為:

(?<![0-9])[0-9]{6}(?![0-9])
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使用這個表示式,也就是說,將ZIP_CODE_PATTERN改為:

public static Pattern ZIP_CODE_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "[0-9]{6}"
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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就可以輸出期望的結果了。

非0開頭的6位數字就一定是郵編嗎?答案當然是否定的,所以,這個表示式也不是精確的,如果需要更精確的驗證,可以寫程式進一步檢查。

手機號碼

中國的手機號碼都是11位數字,所以,最簡單的表示式就是:

[0-9]{11}
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不過,目前手機號第1位都是1,第2位取值為3、4、5、7、8之一,所以,更精確的表示式是:

1[34578|][0-9]{9}
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為方便表達手機號,手機號中間經常有連字元(即減號'-'),形如:

186-1234-5678
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為表達這種可選的連字元,表示式可以改為:

1[34578][0-9]-?[0-9]{4}-?[0-9]{4}
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在手機號前面,可能還有0、+86或0086,和手機號碼之間可能還有一個空格,比如:

018612345678
+86 18612345678
0086 18612345678
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為表達這種形式,可以在號碼前加如下表示式:

((0|\+86|0086)\s?)?
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和郵編類似,如果為了抽取,也要在左右加環視邊界匹配,左右不能是數字。所以,完整的表示式為:

(?<![0-9])((0|\+86|0086)\s?)?1[34578][0-9]-?[0-9]{4}-?[0-9]{4}(?![0-9])
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用Java表示的程式碼為:

public static Pattern MOBILE_PHONE_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "((0|\\+86|0086)\\s?)?" // 0 +86 0086
        + "1[34578][0-9]-?[0-9]{4}-?[0-9]{4}" // 186-1234-5678
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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固定電話

不考慮分機,中國的固定電話一般由兩部分組成:區號和市內號碼,區號是3到4位,市內號碼是7到8位。區號以0開頭,表示式可以為:

0[0-9]{2,3}
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市內號碼錶達式為:

[0-9]{7,8}
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區號可能用括號包含,區號與市內號碼之間可能有連字元,如以下形式:

010-62265678
(010)62265678
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整個區號是可選的,所以整個表示式為:

(\(?0[0-9]{2,3}\)?-?)?[0-9]{7,8}
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再加上左右邊界環視,完整的Java表示為:

public static Pattern FIXED_PHONE_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "(\\(?0[0-9]{2,3}\\)?-?)?" // 區號
        + "[0-9]{7,8}"// 市內號碼
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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日期

日期的表示方式有很多種,我們只看一種,形如:

2017-06-21
2016-11-1
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年月日之間用連字元分隔,月和日可能只有一位。

最簡單的正規表示式可以為:

\d{4}-\d{1,2}-\d{1,2}
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年一般沒有限制,但月只能取值1到12,日只能取值1到31,怎麼表達這種限制呢?

對於月,有兩種情況,1月到9月,表示式可以為:

0?[1-9]
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10月到12月,表示式可以為:

1[0-2]
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所以,月的表示式為:

(0?[1-9]|1[0-2])
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對於日,有三種情況:

  • 1到9號,表示式為:0?[1-9]
  • 10號到29號,表示式為:[1-2][0-9]
  • 30號和31號,表示式為:3[01]

所以,整個表示式為:

\d{4}-(0?[1-9]|1[0-2])-(0?[1-9]|[1-2][0-9]|3[01])
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加上左右邊界環視,完整的Java表示為:

public static Pattern DATE_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "\\d{4}-" // 年
        + "(0?[1-9]|1[0-2])-" // 月
        + "(0?[1-9]|[1-2][0-9]|3[01])"// 日
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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時間

考慮24小時制,只考慮小時和分鐘,小時和分鐘都用固定兩位表示,格式如下:

10:57
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基本表示式為:

\d{2}:\d{2}
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小時取值範圍為0到23,更精確的表示式為:

([0-1][0-9]|2[0-3])
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分鐘取值範圍為0到59,更精確的表示式為:

[0-5][0-9]
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所以,整個表示式為:

([0-1][0-9]|2[0-3]):[0-5][0-9]
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加上左右邊界環視,完整的Java表示為:

public static Pattern TIME_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "([0-1][0-9]|2[0-3])" // 小時
        + ":" + "[0-5][0-9]"// 分鐘
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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身份證

身份證有一代和二代之分,一代是15位數字,二代是18位,都不能以0開頭,對於二代身份證,最後一位可能為x或X,其他是數字。

一代身份證表示式可以為:

[1-9][0-9]{14}
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二代身份證可以為:

[1-9][0-9]{16}[0-9xX]
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這兩個表示式的前面部分是相同的,二代身份證多瞭如下內容:

[0-9]{2}[0-9xX]
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所以,它們可以合併為一個表示式,即:

[1-9][0-9]{14}([0-9]{2}[0-9xX])?
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加上左右邊界環視,完整的Java表示為:

public static Pattern ID_CARD_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "[1-9][0-9]{14}" // 一代身份證
        + "([0-9]{2}[0-9xX])?" // 二代身份證多出的部分
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字
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符合這個要求的就一定是身份證號碼嗎?當然不是,身份證還有一些更為具體的要求,本文就不探討了。

IP地址

IP地址格式如下:

192.168.3.5 
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點號分隔,4段數字,每個數字範圍是0到255。最簡單的表示式為:

(\d{1,3}\.){3}\d{1-3}
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\d{1,3}太簡單,沒有滿足0到255之間的約束,要滿足這個約束,就要分多種情況考慮。

值是1位數,前面可能有0到2個0,表示式為:

0{0,2}[0-9]
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值是兩位數,前面可能有一個0,表示式為:

0?[0-9]{2}
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值是三位數,又要分為多種情況。以1開頭的,後兩位沒有限制,表示式為:

1[0-9]{2}
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以2開頭的,如果第二位是0到4,則第三位沒有限制,表示式為:

2[0-4][0-9]
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如果第二位是5,則第三位取值為0到5,表示式為:

25[0-5] 
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所以,\d{1,3}更為精確的表示為:

(0{0,2}[0-9]|0?[0-9]{2}|1[0-9]{2}|2[0-4][0-9]|25[0-5])
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所以,加上左右邊界環視,IP地址的完整Java表示為:

public static Pattern IP_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?<![0-9])" // 左邊不能有數字
        + "((0{0,2}[0-9]|0?[0-9]{2}|1[0-9]{2}|2[0-4][0-9]|25[0-5])\\.){3}"
        + "(0{0,2}[0-9]|0?[0-9]{2}|1[0-9]{2}|2[0-4][0-9]|25[0-5])"
        + "(?![0-9])"); // 右邊不能有數字     
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URL

URL的格式比較複雜,其規範定義在tools.ietf.org/html/rfc173…,我們只考慮http協議,其通用格式是:

http://<host>:<port>/<path>?<searchpart>
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開始是http://,接著是主機名,主機名之後是可選的埠,再之後是可選的路徑,路徑後是可選的查詢字串,以?開頭。

一些例子:

http://www.example.com
http://www.example.com/ab/c/def.html
http://www.example.com:8080/ab/c/def?q1=abc&q2=def
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主機名中的字元可以是字母、數字、減號和點號,所以表示式可以為:

[-0-9a-zA-Z.]+
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埠部分可以寫為:

(:\d+)?
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路徑由多個子路徑組成,每個子路徑以/開頭,後跟零個或多個非/的字元,簡單的說,表示式可以為:

(/[^/]*)*
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更精確的說,把所有允許的字元列出來,表示式為:

(/[-\w$.+!*'(),%;:@&=]*)*
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對於查詢字串,簡單的說,由非空字串組成,表示式為:

\?[\S]*
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更精確的,把所有允許的字元列出來,表示式為:

\?[-\w$.+!*'(),%;:@&=]*
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路徑和查詢字串是可選的,且查詢字串只有在至少存在一個路徑的情況下才能出現,其模式為:

(/<sub_path>(/<sub_path>)*(\?<search>)?)?
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所以,路徑和查詢部分的簡單表示式為:

(/[^/]*(/[^/]*)*(\?[\S]*)?)?
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精確表示式為:

(/[-\w$.+!*'(),%;:@&=]*(/[-\w$.+!*'(),%;:@&=]*)*(\?[-\w$.+!*'(),%;:@&=]*)?)?
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HTTP的完整Java表示式為:

public static Pattern HTTP_PATTERN = Pattern.compile(
        "http://" + "[-0-9a-zA-Z.]+" // 主機名
        + "(:\\d+)?" // 埠
        + "(" // 可選的路徑和查詢 - 開始
            + "/[-\\w$.+!*'(),%;:@&=]*" // 第一層路徑
            + "(/[-\\w$.+!*'(),%;:@&=]*)*" // 可選的其他層路徑
            + "(\\?[-\\w$.+!*'(),%;:@&=]*)?" // 可選的查詢字串
        + ")?"); // 可選的路徑和查詢 - 結束 
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Email地址

完整的Email規範比較複雜,定義在tools.ietf.org/html/rfc822,我們先看一些實際中常用的。

比如新浪郵箱,它的格式如:

abc@sina.com
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對於使用者名稱部分,它的要求是:4-16個字元,可使用英文小寫、數字、下劃線,但下劃線不能在首尾。

怎麼驗證使用者名稱呢?可以為:

[a-z0-9][a-z0-9_]{2,14}[a-z0-9]
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新浪郵箱的完整Java表示式為:

public static Pattern SINA_EMAIL_PATTERN = Pattern.compile(
        "[a-z0-9]" 
        + "[a-z0-9_]{2,14}"
        + "[a-z0-9]@sina\\.com");        
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我們再來看QQ郵箱,它對於使用者名稱的要求為:

  • 3-18字元,可使用英文、數字、減號、點或下劃線
  • 必須以英文字母開頭,必須以英文字母或數字結尾
  • 點、減號、下劃線不能連續出現兩次或兩次以上

如果只有第一條,可以為:

[-0-9a-zA-Z._]{3,18}
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為滿足第二條,可以改為:

[a-zA-Z][-0-9a-zA-Z._]{1,16}[a-zA-Z0-9]
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怎麼滿足第三條呢?可以使用邊界環視,左邊加如下表示式:

(?![-0-9a-zA-Z._]*(--|\.\.|__))
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完整表示式可以為:

(?![-0-9a-zA-Z._]*(--|\.\.|__))[a-zA-Z][-0-9a-zA-Z._]{1,16}[a-zA-Z0-9]
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QQ郵箱的完整Java表示式為:

public static Pattern QQ_EMAIL_PATTERN = Pattern.compile(
        "(?![-0-9a-zA-Z._]*(--|\\.\\.|__))" // 點、減號、下劃線不能連續出現兩次或兩次以上
        + "[a-zA-Z]" // 必須以英文字母開頭
        + "[-0-9a-zA-Z._]{1,16}" // 3-18位 英文、數字、減號、點、下劃線組成
        + "[a-zA-Z0-9]@qq\\.com"); // 由英文字母、數字結尾        
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以上都是特定郵箱服務商的要求,一般的郵箱是什麼規則呢?一般而言,以@作為分隔符,前面是使用者名稱,後面是域名。

使用者名稱的一般規則是:

  • 由英文字母、數字、下劃線、減號、點號組成
  • 至少1位,不超過64位
  • 開頭不能是減號、點號和下劃線

比如:

h_llo-abc.good@example.com
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這個表示式可以為:

[0-9a-zA-Z][-._0-9a-zA-Z]{0,63}
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域名部分以點號分隔為多個部分,至少有兩個部分。最後一部分是頂級域名,由2到3個英文字母組成,表示式可以為:

[a-zA-Z]{2,3}
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對於域名的其他點號分隔的部分,每個部分一般由字母、數字、減號組成,但減號不能在開頭,長度不能超過63個字元,表示式可以為:

[0-9a-zA-Z][-0-9a-zA-Z]{0,62}
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所以,域名部分的表示式為:

([0-9a-zA-Z][-0-9a-zA-Z]{0,62}\.)+[a-zA-Z]{2,3}
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完整的Java表示為:

public static Pattern GENERAL_EMAIL_PATTERN = Pattern.compile(
        "[0-9a-zA-Z][-._0-9a-zA-Z]{0,63}" // 使用者名稱
        + "@"
        + "([0-9a-zA-Z][-0-9a-zA-Z]{0,62}\\.)+" // 域名部分
        + "[a-zA-Z]{2,3}"); // 頂級域名      
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中文字元

中文字元的Unicode編號一般位於\u4e00和\u9fff之間,所以匹配任意一箇中文字元的表示式可以為:

[\u4e00-\u9fff]
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Java表示式為:

public static Pattern CHINESE_PATTERN = Pattern.compile(
        "[\\u4e00-\\u9fff]");
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小結

本節詳細討論和分析了一些常見的正規表示式,在實際開發中,有些可以直接使用,有些需要根據具體文字和需求進行調整。

至此,關於正規表示式,我們就介紹完了,相信你對正規表示式一定有了一個更為清晰透徹的理解!

在之前的章節中,我們都是基於Java 7討論的,從下節開始,我們探討Java 8的一些特性,尤其是函數語言程式設計。

(與其他章節一樣,本節所有程式碼位於 github.com/swiftma/pro…,位於包shuo.laoma.java8.c91下)


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