进阶正则表达式
2014-01-18 00:32 Barret李靖 阅读(17994) 评论(5) 编辑 收藏 举报关于正则表达式，网上可以搜到一大片文章，我之前也搜集了一些资料，并做了排版整理，可以看这篇文章http://www.cnblogs.com/hustskyking/archive/2013/06/04/RegExp.html，作为基础入门讲解，这篇文章说的十分到位。
记得最开始学习正则，是使用 php 做一个爬虫程序。为了获取指定的信息，必须用一定的方式把有规律的数据匹配出来，而正则是首选。下面是当时写的爬虫程序的一个代码片段：
$regdata = "/<font size=\"3\">((?<bf>[^<]*)<br \/>){0,1}⊙(?<bs>.{12})\S*\s/"; //获取页面 $html = file_get_contents('http://www.qnwz.cn/html/daodu/201107/282277.html'); $html = iconv("GBK", "UTF-8", $html); if ($html == '') { die("<hr />出错：【错】无法打开《青年文摘》页面<hr />"); } //匹配页面信息 preg_match_all($regdata, $html, $mdata); print_r($mdata);
当时写代码还真是欢乐多，什么都不懂，什么都是新知识，学起来津津有味。我觉得学习知识一定要把握最基本的原理，先把一个知识的大概轮廓搞清楚，然后学习怎么去使用他，完了就是深入学习，了解底层基础实现。很多人解决问题都是靠经验，这个当然很重要，但如果我们弄懂了一项技术最底层的实现，完全可以靠自己的推断分析出问题的根源。我对一些公司的招聘要求特别不满，说什么要三年五年Javascript编程经验云云，经验当然和时间成正相关，但是对于那些没有三年五年工作经验却照样能够解决实际的人呢？算是小小的吐槽吧，下面进入正题。
本文地址：http://www.cnblogs.com/hustskyking/p/how-regular-expressions-work.html
一、正则表达式的工作机制
画了一个草图，简单的说明了下正则表达式的工作原理。
+--------+
| 编译 |
+--------+
|
↓
+----------------+
| 设置开始位置 |←---------+
+----------------+ ↑
| |
↓ 其 |
+----------------+ 他 |
| 匹配 & 回溯 | 路 |
+----------------+ 径 |
| |
↓ |
+----------------+ |
| 成功 or 失败 |---------→+
+----------------+
你写的任何一个正则直接量或者 RegExp 都会被浏览器编译为一个原生代码程序，第一次匹配是从头个字符开始，匹配成功时，他会查看是否还有其他的路径没有匹配到，如果有的话，回退到上一次成功匹配的位置，然后重复第二步操作，不过此时开始匹配的位置（lastIndex）是上次成功位置加 1.这样说有点难以理解，下面写了一个 demo，这个 demo 就是实现一个正则表达式的解析引擎，因为逻辑和效果的表现都太复杂了，所以只做了一个简单的演示：
如果上面的 demo 跑不起来，请戳这里：
http://qianduannotes.duapp.com/demo/regexp/index.html
如果要深入了解正则表达式的内部原理，必须先理解匹配过程的一个基础环节——回溯，他是驱动正则的一个基本动力，也是性能消耗、计算消耗的根源。
二、回溯
正则表达式中出现最多的是分支和量词，上面的 demo 中可以很清楚的看到 hi 和 hello 这两个分支，当匹配到第一个字符 h 之后，进入 (i|ello) 的分支选择，首先是进入 i 分支，当 i 分支匹配完了之后，再回到分支选择的位置，重新选择分支。简单点说，分支就是 | 操作符带来的多项选择问题，而量词指的是诸如 *, +?, {m,n} 之类的符号，正则表达式必须决定何时尝试匹配更多的字符。下面结合回溯详细说说分支和量词。
1. 分支
继续分析上面那个案例。"Lalala. Hi, barret. Hello, John".match(/H(i|ello), barret/g),首先会查找 H 字符，在第九位找到 H 之后，正则子表达式提供了两个选择 (i|ello)，程序会先拿到最左边的那个分支，进入分支后，在第十位匹配到了 i，接着匹配下一个字符，下一个字符是逗号，接着刚才的位置又匹配到了这个逗号，然后再匹配下一个，依次类推，直到完整匹配到整个正则的内容，此时程序会在Hi, barret后面做一个标记，表示在这里进行了一次成功的匹配。但程序到此并没有结束，因为后面加了一个全局参数，依然使用这个分支往后匹配，很显然，到了 Hello 的时候，Hi 分支匹配不了了，于是程序会回溯到刚才我们做标记的位置，并进入第二个分支，从做标记的位置重新开始匹配，依次循环。
只要正则表达式没有尝试完所有的可选项，他就会回溯到最近的决策点（也就是上次匹配成功的位置）。
2. 量词
量词这个概念特别简单，只是在匹配过程中有贪婪匹配和懒惰匹配两种模式，结合回溯的概念理解稍微复杂。还是用几个例子来说明。
1) 贪婪
str = "AB1111BA111BA"; reg = /AB[\s\S]+BA/; console.log(str.match(reg));
首先是匹配AB，遇到了 [\s\S]+，这是贪婪模式的匹配，他会一口吞掉后面所有的字符，也就是如果 reg 的内容为 AB[\s\S]+，那后面的就不用看了，直接全部匹配，而往后看，正则后面还有B字符，所以他会先回溯到倒数第一个字符，匹配看是否为 B，显然倒数第一个字符不是B，于是他又接着回溯，找到了B字母，找到之后就不继续回溯了，而是往后继续匹配，此刻匹配的是字符A，程序发现紧跟B后的字母确实是A，那此时匹配就结束了。如果没有看明白，可以再读读下面这个图：
REG: /AB[\s\S]+BA/ MATCH: A 匹配第一个字符 AB 匹配第二个字符 AB1111BA111BA [\s\S]+ 贪婪吞并所有字符 AB1111BA111BA 回溯，匹配字符B AB1111BA111B 找到字符B，继续匹配A AB1111BA111BA 找到字符A，匹配完成，停止匹配
2) 懒惰（非贪婪）
str = "AB1111BA111BA"; reg = /AB[\s\S]+?BA/; console.log(str.match(reg));
与上面不同的是，reg 中多了一个 ? 号，此时的匹配模式为懒惰模式，也叫做非贪婪匹配。此时的匹配流程是，先匹配AB，遇到[\s\S]+?，程序尝试跳过并开始匹配后面的字符B，往后查看的时候，发现是数字1，不是要匹配的内容，继续往后匹配，知道遇到字符B，然后匹配A，发现紧接着B后面就有一个A，于是宣布匹配完成，停止程序。
REG: /AB[\s\S]+BA/ MATCH: A 匹配第一个字符 AB 匹配第二个字符 AB [\s\S]+? 非贪婪跳过并开始匹配B AB1 不是B，回溯，继续匹配 AB11 不是B，回溯，继续匹配 AB111 不是B，回溯，继续匹配 AB1111 不是B，回溯，继续匹配 AB1111B 找到字符B，继续匹配A AB1111BA 找到字符A，匹配完成，停止匹配
如果匹配的内容是 AB1111BA，那贪婪和非贪婪方式的正则是等价的，但是内部的匹配原理还是有区别的。为了高效运用正则，必须搞清楚使用正则时会遇到那些性能消耗问题。
三、逗比的程序
//去测试下这句代码 "TTTTTTTT".match(/(T+T+)+K/); //然后把前面的T重复次数改成30 //P.S:小心风扇狂转，CPU暴涨
我们来分析下上面这段代码，上面使用的都是贪婪模式，那么他会这样做：
REG: (T+T+)+K MATCH: ①第一个T+匹配前7个T，第二个T+匹配最后一个T，没找到K，宣布失败，回溯到最开始位置 ②第一个T+匹配前6个T，第二个T+匹配最后两个T，没找到K，宣布失败，回溯到最开始位置 ③... ... 接着还会考虑(T+T+)+后面的 + 号，接着另一轮的尝试。 ⑦... ...
这段程序并不会智能的去检测字符串中是否存在 K，如果匹配失败，他会选择其他的匹配方式（路径）去匹配，从而造成疯狂的回溯和重新匹配，结果可想而知。这是回溯失控的典型例子。
四、前瞻和反向引用
1. 前瞻和引用
前瞻有两种，一种是负向前瞻，JS中使用 (?!xxx) 来表示，他的作用是对后面要匹配的内容做一个预判断，如果后面的内容是xxx，则此段内容匹配失败，跳过去重新开始匹配。另一种是正向前瞻，(?=xxx)，匹配方式和上面相反，还有一个长的类似的是 (?:xxx),这个是匹配xxx，他是非捕获性分组匹配，即匹配的内容不会创建反向引用。具体内容可以去文章开头提到的文档中查看。
反向引用，这个在 replace 中用的比较多，在 replace 中：
| 字符 | 替换文本 |
|---|---|
| $1、$2、...、$99 | 与 regexp 中的第 1 到第 99 个子表达式相匹配的文本。 |
| $& | 与 regexp 相匹配的子串。 |
| $` | 位于匹配子串左侧的文本。 |
| $' | 位于匹配子串右侧的文本。 |
| $$ | 直接量符号。 |
而在正则表达中，主要就是 \1, \2 之类的数字引用。前瞻和反向引用使用恰当可以大大的减少正则对资源的消耗。举个例子来简单说明下这几个东西：
问题：使用正则匹配过滤后缀名为 .css 和 .js 的文件。
如：test.wow.js test.wow.css test.js.js等等。
有人会立马想到使用负向前瞻，即：
//过滤js文件 /(?!.+\.js$).*/.exec("test.wow.js") //过滤js和css文件 /(?!.+\.js$|.+\.css$).*/.exec("test.wow.js") /(?!.+\.js$|.+\.css$).*/.exec("test.wow.html")
但是你自己去测试下，拿到的结果是什么。匹配非js和非css文件可以拿到正确的文件名，但是我们期望这个表达式对js和css文件的匹配结果是null，上面的表达式却做不到。问题是什么，因为(?!xxx)和(?=xxx)都会消耗字符，在做预判断的时候把 .js 和 .css 给消耗了，所以这里我们必须使用非捕获模式。
/(?:(?!.+\.js$|.+\.css$).)*/.exec("test.wow.html");
/(?:(?!.+\.js$|.+\.css$).)*/.exec("test.wow.js");
我们来分析下这个正则：
(?:(?!.+\.js$|.+\.css$).)* --- ---------------- - | | | +----------------------+ ↓ | 非捕获，内部只有一个占位字符 | ↓ 负向前瞻以.js和.css结尾的字符串
最后一个星号是贪婪匹配，直接吞掉全部字符。
这里讲的算是有点复杂了，不过在稍复杂的正则中，这些都是很基础的东西了，想在这方面提高的童鞋可以多研究下。
2. 原子组
JavaScript的正则算是比较弱的，他没有分组命名、递归、原子组等功能特别强的匹配模式，不过我们可以利用一些组合方式达到自己的目的。上面的例子中，我们实际上用正则实现了一个或和与的功能，上面的例子体现的还不是特别明显，再写个例子来展示下：
str1 = "我(wo)叫(jiao)李(li)靖(jing)"; str2 = "李(li)靖(jing)我(wo)叫(jiao)"; reg = /(?=.*?我)(?=.*?叫)(?=.*?李)(?=.*?靖)/; console.log(reg.test(str1)); //true console.log(reg.test(str2)); //true
不管怎么打乱顺序，只要string中包含“我”，“是”，“李”，“靖”这四个字，结果都是true。
类似(?=xxx)\1，就相当于一个原子组，原子组的作用就是消除回溯，只要是这种模式匹配过的地方，回溯时都不会到这里和他之前的地方。上面的程序"TTTTTTTT".match(/(T+T+)+K/);可以通过原子组的方式处理：
"TTTTTTTT".match(/(?=(T+T+))\2+K/);
如此便能彻底消除回溯失控问题。
五、小结
关于正则的学习，重点是要多练习多实践，并且多尝试用不同的方案去解决一个正则问题，一个很典型的例子，去除字符串首尾的空白，尝试用5-10种不同的正则去测试，并思考哪些方式的效率最高，为什么？通过这一连串的思考可以带动学习的兴趣，提高学习效率~
相关文章：玩转正则之Highlight代码高亮
版权声明: 署名-非商业性使用-禁止演绎 3.0 国际（CC BY-NC-ND 3.0）
