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正则表达式如何实现逆序环视

这篇文章主要介绍了正则表达式如何实现逆序环视,具有一定借鉴价值,感兴趣的朋友可以参考下,希望大家阅读完这篇文章之后大有收获,下面让小编带着大家一起了解一下。

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1 问题引出

前几天在CSDN论坛遇到这样一个问题。
我要通过正则分别取出下面 之间的字符串

1、在 之间的字符串是没法固定的,是随机自动生成的
2、其中 的数量也是没法固定的,也是随机自动生成的

** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 **
有朋友给出这样的正则“(?<=)([\s\S]*?)(?=)”,看下匹配结果。

代码如下:


string test = @" ** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 ** ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=)([\s\S]*?)(?=)");
foreach (Match m in mc)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n---------------\n";
}
/*--------输出--------
** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
** 这里是不固定的字符串3 **
---------------
*/
为什么会是这样的结果,而不是我们期望的如下的结果呢?
/*--------输出--------
** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
** 这里是不固定的字符串3 **
---------------
*/


这涉及到逆序环视的匹配原理,以及贪婪与非贪婪模式应用的一些细节,下面先针对逆序环视的匹配细节展开讨论,然后再回过头来看下这个问题。

2 逆序环视匹配原理

关于环视的一些基础讲解和基本匹配原理,在正则基础之——环视这篇博客里已有所介绍,只不过当时整理得比较匆忙,没有涉及更详细的匹配细节。这里仅针对逆序环视展开讨论。
逆序环视的基础知识在上面博文中已介绍过,这里简单引用一下。

表达式

说明

(?<=Expression)

逆序肯定环视,表示所在位置左侧能够匹配Expression

(?

逆序否定环视,表示所在位置左侧不能匹配Expression


对于逆序肯定环视(?<=Expression)来说,当子表达式Expression匹配成功时,(?<=Expression)匹配成功,并报告(?<=Expression)匹配当前位置成功。

对于逆序否定环视(?
2.1 逆序环视匹配行为分析
2.1.1 逆序环视支持现状
目前支持逆序环视的语言还比较少,比如当前比较流行的脚本语言JavaScript中就是不支持逆序环视的。个人认为不支持逆序环视已成为目前JavaScript中使用正则的最大限制,一些使用逆序环视很轻松搞定的输入验证,却要通过各种变通的方式来实现。

需求:验证输入由字母、数字和下划线组成,下划线不能出现在开始或结束位置。

对于这样的需求,如果支持逆序环视,直接“^(?!_)[a-zA-Z0-9_]+(?
而另一些流行的语言,比如Java中,虽然支持逆序环视,但只支持固定长度的子表达式,量词也只支持“?”,其它不定长度的量词如“*”、“+” 、“{m,n}”等是不支持的。

源字符串:

a test

需求:取得div标签的内容,不包括div标签本身
Java代码实现:

复制代码 代码如下:


import java.util.regex.*;
String test = "

a test
";
String reg = "(?<=
)[^<]+(?=
)";
Matcher m = Pattern.compile(reg).matcher(test);
while(m.find())
{
System.out.println(m.group());
}
/*--------输出--------
a test
*/


但是如果源字符串变一下,加个属性变成“

a test
”,那么除非标签中属性内容是固定的,否则就无法在Java中用逆序环视来实现了。

为什么在很多流行语言中,要么不支持逆序环视,要么只支持固定长度的子表式呢?先来分析一下逆序环视的匹配原理吧。

2.1.2 Java中逆序环视匹配原理分析

不支持逆序环视的自不必说,只支持固定长度子表达式的逆序环视如何呢。
源字符串:
a test

正则表达式:(?<=
)[^<]+(?=
)
正则表达式如何实现逆序环视
需要明确的一点,无论是什么样的正则表达式,都是要从字符串的位置0处开始尝试匹配的。
首先由“(?<=
)”取得控制权,由位置0开始尝匹配,由于“
”的长度固定为5,所以会从当前位置向左查找5个字符,但是由于此时位于位置0处,前面没有任何字符,所以尝试匹配失败。
正则引擎传动装置向右传动,由位置1处开始尝试匹配,同样匹配失败,直到位置5处,向左查找5个字符,满足条件,此时把控制权交给“(?<=
)”中的子表达式“
”。“
”取得控制权后,由位置0处开始向右尝试匹配,由于正则都是逐字符进行匹配的,所以这时会把控制权交给“
”中的“<”,由“<”尝试字符串中的“<”,匹配成功,接下来由“d”尝试字符串中的“d”,匹配成功,同样的过程,由“
”匹配位置0到位置5之间的“
”成功,此时“(?<=
)”匹配成功,匹配成功的位置是位置5。
后续的匹配过程请参考 正则基础之——环视 和 正则基础之——NFA引擎匹配原理。
那么对于量词“?”又是怎么样一种情况呢,看一下下面的例子。
源字符串:cba
正则表达式:(?<=(c?b))a

复制代码 代码如下:


String test = "cba";
String reg = "(?<=(c?b))a";
Matcher m = Pattern.compile(reg).matcher(test);
while(m.find())
{
System.out.println(m.group());
System.out.println(m.group(1));
}
/*--------输出--------
a

*/


可以看到,“c?”并没有参与匹配,在这里,“?”并不具备贪婪模式的作用,“?”只提供了一个分支的作用,共记录了两个分支,一个分支需要从当前位置向前查找一个字符,另一个分支需要从当前位置向前查找两个字符。正则引擎从当前位置,尝试这两种情况,优先尝试的是需要向前查找较少字符的分支,匹配成功,则不再尝试另一个分支,只有这一分支匹配失败时,才会去尝试另一个分支。

复制代码 代码如下:


String test = "dcba";
String reg = "(?<=(dc?b))a";
Matcher m = Pattern.compile(reg).matcher(test);
while(m.find())
{
System.out.println(m.group());
System.out.println(m.group(1));
}
/*--------输出--------
a
dcb
*/


虽然有两个分支,但向前查找的字符数可预知的,所以只支持“?”时并不复杂,但如果再支持其它不定长度量词,情况又如何呢?
2.1.3 .NET中逆序环视匹配原理
.NET的逆序环视中,是支持不定长度量词的,在这个时候,匹配过程就变得复杂了。先看一下定长的是如何匹配的。

复制代码 代码如下:


string test = "

a test
";
Regex reg = new Regex(@"(?<=
)[^<]+(?=
)");
Match m = reg.Match(test);
if (m.Success)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n";
}
/*--------输出--------
a test
*/


从结果可以看到,.NET中的逆序环视在子表达式长度固定时,匹配行为与Java中应该是一样的。那么不定长量词又如何呢?

复制代码 代码如下:


string test = "cba";
Regex reg = new Regex(@"(?<=(c?b))a");
Match m = reg.Match(test);
if (m.Success)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += m.Groups[1].Value + "\n";
}
/*--------输出--------
a
cb
*/


可以看到,这里的“?”具备了贪婪模式的特性。那么这个时候是否会有这样的疑问,它的匹配过程仍然是从当前位置向左尝试,还是从字符串开始位置向右尝试匹配呢?

复制代码 代码如下:


string test = "Regex reg = new Regex(@"(?<=(<.*?b))a");
Match m = reg.Match(test);
if (m.Success)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += m.Groups[1].Value + "\n";
}
/*--------输出--------
a
*/


从结果可看出,在逆序环视中有不定量词的时候,仍然是从当前位置,向左尝试匹配的,否则Groups[1]的内容就是“这是非贪婪模式的匹配情况,再看一下贪婪模式匹配的情况。

复制代码 代码如下:


string test = "eRegex reg = new Regex(@"(?<=(<.*b))a");
Match m = reg.Match(test);
if (m.Success)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += m.Groups[1].Value + "\n";
}
/*--------输出--------
a
*/


可以看到,采用贪婪模式以后,虽然尝试到“c”前面的“<”时已经可以匹配成功,但由于是贪婪模式,还是要继续尝试匹配的。直到尝试到开始位置,取最长的成功匹配作为匹配结果。
2.2 匹配过程
再来理一下逆序环视的匹配过程吧。
源字符串:

a test

正则表达式:(?<=]*>)[^<]+(?=
)
正则表达式如何实现逆序环视

首先由“(?<=]*>)”取得控制权,由位置0开始尝匹配,由于“]*>”的长度不固定,所以会从当前位置向左逐字符查找,当然,也有可能正则引擎做了优化,先计算一下最小长度后向前查找,在这里“]*>”至少需要5个字符,所以由当前位置向左查找5个字符,才开始尝试匹配,这要看各语言的正则引擎如何实现了,我推测是先计算最小长度。但是由于此时位于位置0处,前面没有任何字符,所以尝试匹配失败。

正则引擎传动装置向右传动,由位置1处开始尝试匹配,同样匹配失败,直到位置5处,向左查找5个字符,满足条件,此时把控制权交给“(?<=]*>)”中的子表达式“]*>”。“]*>”取得控制权后,由位置0处开始向右尝试匹配,由于正则都是逐字符进行匹配的,所以这时会把控制权交给“]*>”中的“<”,由“<”尝试字符串中的“<”,匹配成功,接下来由“d”尝试字符串中的“d”,匹配成功,同样的过程,由“]*”匹配位置0到位置5之间的“
]*”在匹配“
”,由于已没有任何字符可供匹配,所以“>”匹配失败,此时进行回溯,由“[^>]*”让出已匹配的空格给“>”进行匹配,同样匹配失败,此时已没有可供回溯的状态,所以这一轮匹配尝试失败。

正则引擎传动装置向右传动,由位置6处开始尝试匹配,同样匹配失败,直到位置16处,此时的当前位置指的就是位置16,把控制权交给“(?<=]*>)”,向左查找5个字符,满足条件,记录回溯状态,控制权交给“(?<=]*>)”中的子表达式“]*>”。“]*>”取得控制权后,由位置11处开始向右尝试匹配, “]*>”中的“<”尝试字符串中的“s”,匹配失败。继续向左尝试,在位置10处由“<”尝试字符串中的“e”,匹配失败。同样的过程,直到尝试到位置0处,由“]*”在位置0向右尝试匹配,成功匹配到“
”,此时“(?<=]*>)”匹配成功,控制权交给“[^>]+”,继续进行下面的匹配,直到整个表达式匹配成功。

总结正则表达式“(?<=SubExp1) SubExp2”的匹配过程:

1、 由位置0处向右尝试匹配,直到找到一个满足“(?<=SubExp1) ”最小长度要求的位置x;
2、 从位置x处向左查找满足“SubExp1”最小长度要求的位置y;
3、 由“SubExp1”从位置y开始向右尝试匹配;
4、 如果“SubExp1”为固定长度或非贪婪模式,则找到一个成功匹配项即停止尝试匹配;
5、 如果“SubExp1”为贪婪模式,则要尝试所有的可能,取最长的成功匹配项作为匹配结果。
6、 “(?<=SubExp1) ”成功匹配后,控制权交给后面的子表达式,继续尝试匹配。

需要说明的一点,逆序环视中的子表达式“SubExp1”,匹配成功时,匹配开始的位置是不可预知的,但匹配结束的位置一定是位置x。

3 问题分析与总结

3.1 问题分析
那么再回过头来看下最初的问题。

复制代码 代码如下:


string test = @" ** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 ** ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=)([\s\S]*?)(?=)");
foreach (Match m in mc)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n---------------\n";
}
/*--------输出--------
** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
** 这里是不固定的字符串3 **
---------------
*/


其实真正让人费解的是这里的逆序环视的匹配结果,为了更好的说明问题,改下正则。
string test = @" ** 这里是不固定的字符串1 **

复制代码 代码如下:


** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 ** ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=())([\s\S]*?)(?=
)");
for(int i=0;i{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "轮成功匹配结果:\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]:" + m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]:" + m.Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------输出--------
第1轮成功匹配结果:
Group[0]: ** 这里是不固定的字符串1 **
Group[1]:
---------------
第2轮成功匹配结果:
Group[0]:
** 这里是不固定的字符串2 **
Group[1]: ** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
第3轮成功匹配结果:
Group[0]:
** 这里是不固定的字符串3 **
Group[1]: ** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
*/


对于第一轮成功匹配结果应该不存在什么疑问,这里不做解释。
第一轮成功匹配结束的位置是第一个“
”前的位置,第二轮成功匹配尝试就是从这一位置开始。
首先由“(?<=)”取得控制权,向左查找6个字符后开始尝试匹配,由于“<”会匹配失败,所以会一直尝试到位置0处,这时“”要匹配成功,匹配的结束位置必须是第一个“
”前的位置,所以“>”是匹配失败的,这一位置整个表达式匹配失败。
正则引擎传动装置向右传动,直到第一个“”后的位置,“”匹配成功,匹配开始位置是位置0,匹配结束位置是第一个“”后的位置,“”匹配到的内容是“ ** 这里是不固定的字符串1 ** ”,其中“[\s\S]*?”匹配到的内容是“color="#008000"> ** 这里是不固定的字符串1 ** 接下来的第三轮成功匹配,匹配过程与第二轮基本相同,只不过由于使用的是非贪婪模式,所以“”在匹配到“ ** 这里是不固定的字符串2 ** ”时匹配成功,就结束匹配,不再向左尝试匹配了。
接下来看下贪婪模式的匹配结果。

复制代码 代码如下:


string test = @" ** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 ** ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=())([\s\S]*?)(?=)");
for(int i=0;i{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "轮成功匹配结果:\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]:" + m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]:" + m.Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------输出--------
第1轮匹配结果:
Group[0]: ** 这里是不固定的字符串1 **
Group[1]:
---------------
第2轮匹配结果:
Group[0]:
** 这里是不固定的字符串2 **
Group[1]: ** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
第3轮匹配结果:
Group[0]:
** 这里是不固定的字符串3 **
Group[1]: ** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
*/
仅仅是一个字符的差别,整个表达式的匹配结果没有变化,但匹配过程差别却是很大的。
那么如果想得到下面这种结果要如何做呢?
/*--------输出--------
** 这里是不固定的字符串1 **
---------------
** 这里是不固定的字符串2 **
---------------
** 这里是不固定的字符串3 **
---------------
*/


把量词修饰的子表达式的匹配范围缩小就可以了。

复制代码 代码如下:


string test = @" ** 这里是不固定的字符串1 **
** 这里是不固定的字符串2 **
** 这里是不固定的字符串3 ** ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?is)(?<=(]*>))(?:(?!)");
for(int i=0;i{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "轮匹配结果:\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]:" + mc[i].Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]:" + mc[i].Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------输出--------
第1轮匹配结果:
Group[0]: ** 这里是不固定的字符串1 **
Group[1]:
---------------
第2轮匹配结果:
Group[0]: ** 这里是不固定的字符串2 **
Group[1]:
---------------
第3轮匹配结果:
Group[0]: ** 这里是不固定的字符串3 **
Group[1]:
---------------
*/


3.2 逆序环视应用总结
通过对逆序环视的分析,可以看出,逆序环视中使用不定长度的量词,匹配过程很复杂,代价也是很大的,这也许也是目前绝大多数语言不支持逆序环视,或是不支持在逆序环视中使用不定长度量词的原因吧。
在正则应用中需要注意的几点:
1、 不要轻易在逆序环视中使用不定长度的量词,除非确实需要;
2、 在任何场景下,不只是逆序环视中,不要轻易使用量词修饰匹配范围非常大的子表达式,小数点“.”和“[\s\S]”之类的,使用时尤其要注意。

感谢你能够认真阅读完这篇文章,希望小编分享的“正则表达式如何实现逆序环视”这篇文章对大家有帮助,同时也希望大家多多支持创新互联,关注创新互联行业资讯频道,更多相关知识等着你来学习!


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