Linux系統程式設計（16）——正規表示式入門

字元是計算機軟體處理文字時最基本的單位，可能是字母，數字，標點符號，空格，換行符，漢字等等。字串是0個或更多個字元的序列。文字也就是文字，字串。說某個字串匹配某個正規表示式，通常是指這個字串裡有一部分（或幾部分分別）能滿足表示式給出的條件。

在編寫處理字串的程式或網頁時，經常會有查詢符合某些複雜規則的字串的需要。正規表示式就是用於描述這些規則的工具。換句話說，正規表示式就是記錄文字規則的程式碼。

很可能你使用過Windows下用於檔案查詢的萬用字元(wildcard)，也就是*和?。如果你想查詢某個目錄下的所有的Word文件的話，你會搜尋*.doc。在這裡，*會被解釋成任意的字串。和萬用字元類似，正規表示式也是用來進行文字匹配的工具，只不過比起萬用字元，它能更精確地描述你的需求——當然，代價就是更復雜——比如你可以編寫一個正規表示式，用來查詢所有以0開頭，後面跟著2-3個數字，然後是一個連字號“-”，最後是7或8位數字的字串(像010-12345678或0376-7654321)。

1、如果需要更精確的說法，\b匹配這樣的位置：它的前一個字元和後一個字元不全是(一個是,一個不是或不存在)\w。

2、換行符就是'\n',ASCII編碼為10(十六進位制0x0A)的字元。

學習正規表示式的最好方法是從例子開始，理解例子之後再自己對例子進行修改，實驗。下面給出了不少簡單的例子，並對它們作了詳細的說明。

假設你在一篇英文小說裡查詢hi，你可以使用正規表示式hi。

這幾乎是最簡單的正規表示式了，它可以精確匹配這樣的字串：由兩個字元組成，前一個字元是h,後一個是i。通常，處理正規表示式的工具會提供一個忽略大小寫的選項，如果選中了這個選項，它可以匹配hi,HI,Hi,hI這四種情況中的任意一種。

不幸的是，很多單詞裡包含hi這兩個連續的字元，比如him,history,high等等。用hi來查詢的話，這裡邊的hi也會被找出來。如果要精確地查詢hi這個單詞的話，我們應該使用\bhi\b。

\b是正規表示式規定的一個特殊程式碼（好吧，某些人叫它元字元，metacharacter），代表著單詞的開頭或結尾，也就是單詞的分界處。雖然通常英文的單詞是由空格，標點符號或者換行來分隔的，但是\b並不匹配這些單詞分隔字元中的任何一個，它只匹配一個位置。

假如你要找的是hi後面不遠處跟著一個Lucy，你應該用\bhi\b.*\bLucy\b。

這裡，.是另一個元字元，匹配除了換行符以外的任意字元。*同樣是元字元，不過它代表的不是字元，也不是位置，而是數量——它指定*前邊的內容可以連續重複出現任意次以使整個表示式得到匹配。因此，.*連在一起就意味著任意數量的不包含換行的字元。現在\bhi\b.*\bLucy\b的意思就很明顯了：先是一個單詞hi,然後是任意個任意字元(但不能是換行)，最後是Lucy這個單詞。

如果同時使用其它元字元，我們就能構造出功能更強大的正規表示式。比如下面這個例子：

0\d\d-\d\d\d\d\d\d\d\d

匹配這樣的字串：以0開頭，然後是兩個數字，然後是一個連字號“-”，最後是8個數字(也就是中國的電話號碼。當然，這個例子只能匹配區號為3位的情形)。

這裡的\d是個新的元字元，匹配一位數字(0，或1，或2，或……)。-不是元字元，只匹配它本身——連字元或者減號。

為了避免那麼多煩人的重複，我們也可以這樣寫這個表示式：0\d{2}-\d{8}。這裡\d後面的{2}({8})的意思是前面\d必須連續重複匹配2次(8次)。

在linux下我們用grep在一個檔案中找出包含某些字串的行，比如在標頭檔案中找出一個巨集定義。其實grep還可以找出符合某個模式（Pattern）的一類字串。例如找出所有符合xxxxx@xxxx.xxx模式的字串（也就是email地址），要求x字元可以是字母、數字、下劃線、小數點或減號，email地址的每一部分可以有一個或多個x字元，例如abc.d@ef.com、1_2@987-6.54，當然符合這個模式的不全是合法的email地址，但至少可以做一次初步篩選，篩掉a.b、c@d等肯定不是email地址的字串。再比如，找出所有符合yyy.yyy.yyy.yyy模式的字串（也就是IP地址），要求y是0-9的數字，IP地址的每一部分可以有1-3個y字元。

如果要用grep查詢一個模式，如何表示這個模式，這一類字串，而不是一個特定的字串呢？從這兩個簡單的例子可以看出，要表示一個模式至少應該包含以下資訊：

字元類（Character Class）：如上例的x和y，它們在模式中表示一個字元，但是取值範圍是一類字元中的任意一個。

數量限定符（Quantifier）：郵件地址的每一部分可以有一個或多個x字元，IP地址的每一部分可以有1-3個y字元

各種字元類以及普通字元之間的位置關係：例如郵件地址分三部分，用普通字元@和.隔開，IP地址分四部分，用.隔開，每一部分都可以用字元類和數量限定符描述。為了表示位置關係，還有位置限定符（Anchor）的概念，將在下面介紹。

規定一些特殊語法表示字元類、數量限定符和位置關係，然後用這些特殊語法和普通字元一起表示一個模式，這就是正規表示式（Regular Expression）。例如email地址的正規表示式可以寫成[a-zA-Z0-9_.-]+@[a-zA-Z0-9_.-]+\.[a-zA-Z0-9_.-]+，IP地址的正規表示式可以寫成[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}。下一節介紹正規表示式的語法，我們先看看正規表示式在grep中怎麼用。例如有這樣一個文字檔案testfile：

192.168.1.1
1234.234.04.5678
123.4234.045.678

abcde查詢其中包含IP地址的行：

$ egrep'[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}' testfile
192.168.1.1
1234.234.04.5678

egrep相當於grep -E，表示採用Extended正規表示式語法。grep的正規表示式有Basic和Extended兩種規範，它們之間的區別下一節再解釋。另外還有fgrep命令，相當於grep -F，表示只搜尋固定字串而不搜尋正規表示式模式，不會按正規表示式的語法解釋後面的引數。

注意正規表示式引數用單引號括起來了，因為正規表示式中用到的很多特殊字元在Shell中也有特殊含義（例如\），只有用單引號括起來才能保證這些字元原封不動地傳給grep命令，而不會被Shell解釋掉。

192.168.1.1符合上述模式，由三個.隔開的四段組成，每段都是1到3個數字，所以這一行被找出來了，可為什麼1234.234.04.5678也被找出來了呢？因為grep找的是包含某一模式的行，這一行包含一個符合模式的字串234.234.04.567。相反，123.4234.045.678這一行不包含符合模式的字串，所以不會被找出來。

grep是一種查詢過濾工具，正規表示式在grep中用來查詢符合模式的字串。其實正規表示式還有一個重要的應用是驗證使用者輸入是否合法，例如使用者通過網頁表單提交自己的email地址，就需要用程式驗證一下是不是合法的email地址，這個工作可以在網頁的Javascript中做，也可以在網站後臺的程式中做，例如PHP、Perl、Python、Ruby、Java或C，所有這些語言都支援正規表示式，可以說，目前不支援正規表示式的程式語言實在很少見。除了程式語言之外，很多UNIX命令和工具也都支援正規表示式，例如grep、vi、sed、awk、emacs等等。“正規表示式”就像“變數”一樣，它是一個廣泛的概念，而不是某一種工具或程式語言的特性