正则表达式

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十二月的第四周，来学习正则表达式。

工作时经常需要用到正则表达式来校验字符串，每次遇到都怵怵的，这周来扫除一下盲区。

正则表达式（regular expression），根据英文也可简写为 regex。“正则”这个中文翻译颇有民国风度，所谓公正而乎法则，今已查不到何处还在用此词，似乎只有编程领域在用。

正则表达式只用于字符串，用来检查字符串是否符合某种规定（例如只有字母、又例如没有数字等），或者是取出符合规定的字符串子串（用于后续替换等）。

例如下图，为匹配以 Hello 开头的字符串的正则表达式，成功匹配到了两条。

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（上图截图自 https://regexr.com/ 网站，是一个很好用的正则表达式在线测试网站）

此外再安利一组入门正则表达式的视频：《表严肃讲正则表达式》，供入门使用。这组视频讲得很用心，不像大部分编程公开课跟倒泔水一样地倾泻几十个小时垃圾，我能感受到它是精心准备过的，很是喜欢。


正则表达式的概念不难理解，若不清晰用过一两次便懂。使用正则表达式若有困难，都是因为语法繁多，需要记忆的内容量大。下面整理了三张正则表达式的常用语法字符表，主要来源为菜鸟教程的正则表达式教程。分三张表，分别是：

  • 非打印字符：转义后的字符，代表某一类字符
  • 特殊字符：含特殊含义的字符
  • 限定字符：字符次数限制

非打印字符

字符 描述 正确示例 错误示例
\w 数字、字母、下划线 1/a/A/_ ./&/の/【/︹(空格)/ㄱ(换行)
\W 除数字、字母、下划线以外 ./&/の/【/︹(空格)/ㄱ(换行) 1/a/A/_
\s 空白字符 ︹(空格)/→|(制表符)/ㄱ(换行)/☇(换页) 1/a/A/_/./&/♂
\S 除空白字符以外 1/a/A/_/./&/♂/张 ︹(空格)/→|(制表符)/ㄱ(换行)/☇(换页)
\d 数字（单个） 1/2/3/4/5/6/7/8/9/0 a/?/&/1234(整体)
\D 除数字以外 a/B/,/%/张/︹(空格) 1/2/3/1234(整体)
\n 换行符 ㄱ(换行) 1/a/A/_/?
\t 制表符 →|(制表符) 1/a/A/_/?

特殊字符

特殊字符 描述 正确示例 错误示例
. 除换行以外任意字符 1/a/A/%/_ ㄱ(换行)/123(整体)
^ 从字符串开始的位置处匹配 ^12 -> 12/123/12a ^12 -×-> a12/abc12/
$ 从字符串结束的位置处匹配（倒着） 12$ -> 12/abc12/012 12$ -×-> 123/12aaa
| 或 [1|2|3] -> 1/2/3 [1|2|3] -×-> a/4/&
[] 方框运算符，字符集合/范围/反向
()
{}

限定字符

限定字符 描述 正确示例 错误示例
* 匹配零个、一个或多个字符 12*3 -> 13/123/1223 12*3 -×-> 1
+ 匹配一个或多个字符 12+3 -> 123/12223 12+3 -×-> 13
? 匹配零个或一个字符 12?3 -> 13/123 12?3 -×-> 12223
{n} 字符限定n次 2{4} -> 2222 2{4} -×-> 222/22222(整体)
{n,} 字符限定最少n次 2{2,} -> 22/222/22222 2{2,} -×-> 2
{n,m} 字符限定n-m次 2{2,3} -> 22/222 2{2,3} -×-> 2/2222(整体)

除以上常用的语法字符之外，还有以下规则，需要单独注意：

[ ]

方括号表示字符集合，可配合 ^ 符合表示反向的字符集合，常见用法有：

示例 说明
[12a] 可匹配 ‘1’ 或 ‘2’ 或 ‘a’
[1|2|a|,] 可匹配 ‘1’ 或 ‘2’ 或 ‘a’ 或 ‘,’
[1-9] 可匹配 ‘1’ 或 ‘2’ 或 …… 或 ‘9’
[a-z] 可匹配 ‘a’ 或 ‘b’ 或 …… 或 ‘z’
[^12a] 可匹配除了 ‘1’ 或 ‘2’ 或 ‘a’ 以外的字符
[^1-9] 可匹配除了 ‘1’ 或 ‘2’ 或 …… 或 ‘9’ 以外的字符

()

圆括号代表同时匹配多个字符，如匹配 hello 这五个字符，可以使用 (hello) 来匹配。

但是除此之外，() 匹配到的字符串还会被缓存起来，缓存起来的子表达式可以在之后使用。

例如使用([nN]o)匹配 No, get out!，不光能匹配到 No，还能通过 $1oooooooo 将原文替换成 Nooooooooo, get out!。

示例 说明
(hello) 可以匹配 “hello”，并缓存起来
(?:hello) 可以匹配 “hello”，但不缓存结果
（用于匹配多字符但并不需要结果，有时能让正则表达式更简洁）
hello(?=AA) 可以匹配 “helloAA……” 中的 “hello”，但是不能匹配 “helloBB……” 中的 “hello”，且不缓存结果
hello(?!AA) 不能匹配 “helloAA……” 中的 “hello”，但是可以匹配 “helloBB……” 中的 “hello”，且不缓存结果
(?<=AA)hello 可以匹配 “AAhello……” 中的 “hello”，但是不能匹配 “BBhello……” 中的 “hello”，且不缓存结果
(?<!AA)hello 不能匹配 “AAhello……” 中的 “hello”，但是可以匹配 “BBhello……” 中的 “hello”，且不缓存结果

贪婪

贪婪是编程和算法中常见的概念，意思是越多越好。

* 和 + 这两个限定符都是贪婪的，如果用 hello* 或者 hello+ 来匹配 hellooooooo，它们的匹配结果都是 hellooooooo，而不是 hell、 hello 或 hellooo 或是其他的。

在 * 和 + 后面加上 ? 就可以使匹配结果是非贪婪的（最小匹配）。按照上面的例子，hello*? 匹配的结果是 hell，hello+? 匹配的结果是 hello。


写几个看到过的正则表达式，举几个例子

  • 身份证校验（简易版）

    ^[1-9]\d{5}(18|19|([23]\d))\d{2}((0[1-9])|(10|11|12))(([0-2][1-9])|10|20|30|31)\d{3}[0-9Xx]$

  • 不能包含数字

    ^[^\d]+$

  • 浮点数

    ^(-?\d+)(\.\d+)?$

  • 域名

    ^[a-zA-Z0-9][-a-zA-Z0-9]{0,62}(\.[a-zA-Z0-9][-a-zA-Z0-9]{0,62})+$

  • 数字（包含负数、小数）

    ^-?[0-9]+(\.[0-9]+)?$


学习过正则表达式的基本语法之后，感觉在工作中还是不够用，还要学习 Java 中正则表达式的使用。

正则表达式从 JDK 1.4 之后出现，涉及到两个新类：Pattern 和 Matcher。Pattern 类代表一个正则表达式，而 Matcher 类代表一个正则表达式对一个字符串进行校验后的结果，例如：

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// 正则表达式，规则：不能包含数字
String regex = "^[^\\d]+$";
Pattern compile = Pattern.compile(regex);

// 匹配abcABC?&
String str = "abcABC?&";
Matcher matcher = compile1.matcher(str);

Pattern 类没有（对外的）构造方法，因此生成一个 pattern 对象只能通过 Pattern 类的静态方法。

如果只是想检验字符串是否符合要求（即只需要一个boolean值），那么使用 Pattern 类的静态方法就可以，pattern 对象是为了更多操作。

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String regex = "^[^\\d]+$";
String str = "abcABC?&";
boolean pass = Pattern.matches(regex, str);

// ------结果：pass:true

Pattern 类多实现一些，用代码实现正则表达式的功能，而不是完全只用字符串来实现。例如它能指定正则表达式可以同时匹配大小写字母（指定后，正则表达式字符串即使只有 ‘a’，匹配时也可以同时匹配 ‘a’ 和 ‘A’），又或者可以用指定正则表达式分隔字符串，例如将一串带有数字的字符串，以数字为分隔拆分成多个子字符串。

Matcher 类多实现一些对匹配结果的处理，这一部分具体没怎么看，需要时再补吧。

最后提一句，Java 中使用正则表达式时，基本上要出现 \ 的地方，都要转义成 \\，例如 \d -> \\d。

本周就学习到这里了。


2020-03-08 补

发现平常在 Java 中使用 Pattern 类和 Matcher 类还是很频繁的，之前学习得不细致，得回来补一下。

Pattern

Pattern 类可以理解成是正则表达式，可以使用 Pattern 对象来对字符串进行正则校验。

不能通过 new 来创建 Pattern 对象，只能通过 Pattern 类的静态方法创建。

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Pattern pattern = Pattern.compile("\\w"); // 正则表达式：单个数字、字母或下划线

日常使用 Pattern 类有两个用途：

  1. 直接校验字符串，返回 true/false

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    // 校验是否是qq邮箱
    String regex = "^\\w*@qq.com$";
    boolean matches = Pattern.matches(regex, "hellopz@qq.com");

    这里有一处暗坑，校验成功要求全部匹配，如果是部分匹配，那么返回值将是 false。

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    boolean matches1 = Pattern.matches("[0-9]", "123");   // false
    boolean matches2 = Pattern.matches("[0-9]*", "123");  // true

  2. 生成一个校验过的结果，返回 Matcher 对象

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    // 正则表达式：是否是数字
    String regex = "[0-9]*";
    Pattern pattern = Pattern.compile(regex);

    // 生成对"123"校验的结果（结果是一个Matcher对象）
    Matcher matcher = pattern.matcher("123");

    Matcher 对象能做更多的事情，比如部分校验、取出校验结果等。

Pattern 类的其他使用，例如指定正则模式 flag、分割字符串的 split() 方法（我好像觉得跟 String 对象的 split() 方法 没有任何区别？），感觉都不实用，不写了。

Matcher

Matcher 类可以理解成经过校验的字符串的校验结果，可以通过该对象处理校验结果。

Matcher 对象由 Pattern 对象的 matcher() 方法获取：

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// pattern表示正则表达式，方法内传入待校验的字符串
Matcher matcher = pattern.matcher("wait to check");

日常使用 Matcher 类也是两个用途：

  1. 检查字符串中是否含正则校验内容

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    // 校验是否包含数字
    Matcher matcher1 = Pattern.compile("[0-9]").matcher("12345");
    boolean contains = matcher.find();  // true

    请注意理解 find() 方法的语义，find 的意思是找到了，并不代表完全匹配，换言之只需要字符串中有正则内容就可以。因此使用 matcher.find() 和 Pattern.matches() 是不等价的。

  2. 取出正则校验结果

    这里有一个需要先指出的暗坑：在取结果之前，必须先执行 Matcher 对象的 find() 方法，如果不执行，将抛出 IllegalStateException 异常：No match found （没找到匹配结果）。

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    // 正则表达式：数字(字母)数字(字母)数字(字母)
    Matcher matcher = Pattern.compile("\\d+([a-z])\\d+([a-z])\\d+([a-z])").matcher("111a111b111c");
    boolean find = matcher.find();      // true
    String result = matcher.group();    // 111a111b111c
    String result0 = matcher.group(0);  // 111a111b111c
    String result1 = matcher.group(1);  // a
    String result2 = matcher.group(2);  // b
    String result3 = matcher.group(3);  // c

    使用 group() 方法可以捕获到正则结果，如果正则表达式中有( )括起来的内容，这部分内容可以取出来。

    有两种常用的 group() 方法，一种是传入 int 值的 group(int group) 方法，另一种是无参的 group() 方法。

    • 带 int 参数的 group() 方法，参数为 0 时代表整个表达式，为 1 时代表匹配到的第 1 个( )内容，为 2 时代表匹配到的第 2 个( )内容……以此类推，正如上面的代码示例。

      如果参数是 n，但是实际上并没有 n 个匹配内容，会抛出 IndexOutOfBoundsException 异常。

    • 无参的 group() 方法实际上就是 group(0)，代表整个表达式。

    此外还可以通过 groupCount() 方法获取匹配到( )的数量。

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    // ...延续上面的代码
    int count = matcher.groupCount();  // 3

Java 的正则表达式写到这里应该就可以了，足够日常用了。

2021-12-08 补

今年下半年，技术栈转 Go 了。

新写了篇文章，总结了 Go 的 regexp 包：《Go 标准库学习：regexp》。