【4】通过简化的正则表达式处理字符串
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在各类应用软件的开发中，字符串操作是最常见的操作之一。在各种不同的数据类型中，字符串类型是和现实世界关联最紧密的。对字符串的读入、比较、拼接、搜索、匹配、替换、拆分等操作，是每个程序员必须要掌握的基本功。而C#的字符串处理，在历经了微软的多种开发工具的多年的积累后，达到了一个新的高度，概念上既简单明了，功能上又强大易用。大多数的字符串操作，都可以轻松应对。
常见字符串操作
在基本的字符串应用之外，还有一些复杂性相对较高的字符串应用。其中的很多类型出现的概率较高。从本人的经验出发，常常遇到这样一些典型的应用：
1、在较复杂的文本中查找符合某种规律的部分。常见的比如对HTML代码的解析，如要在以下HTML代码中查找所有的厂商及其链接地址：
<div class='blank10'></div>
<a href='/enews/all.html' target='_blank'>厂商列表</a>
<div class='w688 bor'>
<div class='wzgjz'><span>关键字：</span>
<a href='/enews/atlist0_1.html' target='_blank'>联想</a>
<a href='/enews/atlist0_2.html' target='_blank'>戴尔</a>
<a href='/enews/atlist0_3.html' target='_blank'>第二大PC厂商</a>
<a href='/enews/atlist0_4.html' target='_blank'>惠普</a>
<a href='/enews/atlist0_5.html' target='_blank'>PC</a>
</div>
</div>
2、解析URL地址、文件路径等，如：
http://www.cnblogs.com/jetz/p/3727697.html E:\MyCode\CommonCode\CommonCode\bin\x86\Release\CommonCode.dll
3、配置文件的解析，如某个配置文件Test.ini的内容如下：
[Options] Language=2052 BackupPrompt=0 HideWarnings=1 MSG_CONFIRMCLEAN=False WINDOW_MAX=1
4、Excel复制的纯文本解析，如以下的Excel：
![152056419533547[1]](http://images0.cnblogs.com/blog/3236/201405/172358013599039.png "152056419533547[1]")
5、某些通信协议的解析：
ST=32;CN=2071;PW=123456;MN=88888880000001;CP=&&DataTime=20040506010101;101-Ala=1.1&&
这些解析，从技术角度来说，都不是很难的问题。但每次遇到此类问题，都要花时间去研究，去具体思考一些算法方面的问题，即使解决了，时间一长，下次遇到，还得继续重头做起！因此，本文主要尝试按照正常的解决思路，逐步找到简化这类处理的方案。
使用正则表达式处理字符串
如果使用C#自身的字符串功能来进行处理，效率较为低下。要高效地处理字符串，正则表达式是首选。正则表达式使用单个字符串来描述、匹配一系列符合某个句法规则的字符串，它的特点是：
1. 灵活性、逻辑性和功能性非常的强；
2. 可以迅速地用极简单的方式达到字符串的复杂控制。
3. 对于刚接触的人来说，比较晦涩难懂。
关于正则表达式的语法，有很多的途径可以学习，在此不再赘述。比如，要完成HTML代码的匹配，可以通过下面的正则表达式来实现：
MatchCollection mas = Regex.Matches(s, "href='(?<link>.*?)' target='_blank'>(?<name>.*?)</a>");
for (int i = 0; i < mas.Count; i++)
{
Console.WriteLine(mas[i].Groups["name"]+" - "+mas[i].Groups["link"].Value);
}
上述的包含很多复杂字符的表达式就是正则表达式，尽管其效率高，但着实太不直观了。即使是对正则表达式用得较多的人，也不能快速地写出这个表达式。一般都是设置断点，在即时窗口中慢慢尝试，直到找到满意的表达式为止。上例的输出结果如下：
厂商列表 - /enews/all.html 联想 - /enews/atlist0_1.html 戴尔 - /enews/atlist0_2.html 第二大PC厂商 - /enews/atlist0_3.html 惠普 - /enews/atlist0_4.html PC - /enews/atlist0_5.html
对于上面的协议文本，假如要获取其中的PW参数，也可以采用如下的正则表达式来完成：
Match mat = Regex.Match(s, "PW=(?<pw>.*?);");
if (mat.Success)
{
string pw = mat.Groups["pw"].Value;
}
“前后限定”查找目标
通过前面的例子，不难看出，很多的文本操作，都可以归纳到这种模式下：在文本中查找某个子串，需要满足的条件是，该子串的前后应该分别是某两个指定的字符串。
前例的协议文本解析中，要找指定的参数的值，前面的串应该是“PW=”，后面的串是“;”，通过正则表达式的模式串“PW=(?<pw>.*?);”就可以找到了。
1、简化
对于这种常见的情况，能否进行简化呢？对于正则表达式的使用，本人的经验是：正则表达式最容易忘记的，是它的规则，以及各种各样的语言的细节。而处理的基本过程，如Regex.Match、Match.Success、Groups、Value等操作和属性，往往不容易忘记。因此，我的简化的原则是：
1）保持正则表达式的基本处理流程
2）对正则表达式的模式串进行简化
因此，可以通过一个函数，通过给出前后的字符串来构造一个正则表达式的模式串。
//根据前后内容返回字符串
public static string GetPatternString(string strHead, string strTear)
{
return "(?<head>"+strHead +")"+ "(?<body>.*?)" +"(?<tear>"+ strTear+")";
}
为了便于控制，分别对匹配后的三部分命名为head、body、tear，可以使用类似Group["body"].Value的方式来访问三个部分。
测试该函数的结果为：
Console.WriteLine(RegexUtil.GetPatternString("PW=",";"));
输出结果为：(?<head>PW=)(?<body>.*?)(?<tear>;)
转义字符的处理
上述模式串的生成中，还有一个较大的问题，如果传递的前后限定字符串中包含一些正则表达式的特殊符号的话，则会带来歧义。正则表达式中，以下符号都是有特定含义的：
\<>.^${}|)*+?
如果要当作普通字符的话，需要在前面加“\”进行转义。这个小小的细节却是我比较烦的一个来源，因为在写正则表达式的时候，往往很难准确的记得究竟是哪些字符需要转义，因此每次都要去查手册。
因此，我们对于这些特殊符号，自动进行转义，去掉特殊化。这样，在大多数的情况下，我们不用考虑这些特殊符号了，任何符号都可以直接使用。
public static string CharTransfer(string str) //转换为模式串
{
return str
.Replace(@"\", "\\x5C") //优先替换\
.Replace("<", @"\<")
.Replace(">", @"\>")
.Replace(".", @"\.")
.Replace("$", @"\$")
.Replace("^", @"\^")
.Replace("{", @"\{")
.Replace("[", @"\[")
.Replace("(", @"\(")
.Replace("|", @"\|")
.Replace(")", @"\)")
.Replace("*", @"\*")
.Replace("+", @"\+")
.Replace("?", @"\?")
;
}
构造模式串的函数也相应的变化：
public static string GetPatternString(string strHead, string strTear)
{
return "(?<head>" + CharTransfer(strHead) + ")" + "(?<body>.*?)" + "(?<tear>" + CharTransfer(strTear) + ")";
}
测试中包含特殊字符“.”，结果将其转换为“\.”：
Console.WriteLine(RegexUtil.GetPatternString("1.", ";"));
输出：(?<head>1\.)(?<body>.*?)(?<tear>;)
界定串的通用化
现在已经可以达到任意指定前后界定串的程度了，但是，在实际应用中，往往有这种情况：假如前后的定界串存在一些细节上的差异，该怎么描述？
借鉴DOS/Windows中广为接受的通配符的做法，我们也可以定义一个通配符*，用来匹配任意文本。为了和普通的*区分，设定为“(*)”。这种模式可以看作是一种自定义的转义字符。对于“(*)”，可以转换为正则表达式的“.*?”，?的作用是惰性匹配，只要能够匹配，就以第一次的匹配结果作为结果。惰性匹配的模式能够更好的满足我们的需求。
因此，对于CharTransfer函数，就需要加上一个自定义的转义。当然，还需要考虑到相互间的逻辑关系和转换的先后次序，处理的结果如下：
private static string CharTransfer(string str) //转换为模式串
{
return str
.Replace("(*)", "A_n_y_C_h_a_r_s") //(*)-->A_n_y_C_h_a_r_s-->.* ,如果先替换.*会会被当成普通的字符，如果后*也会被当成普通字符
.Replace(@"\", "\\x5C") //优先替换\
.Replace("<", @"\<")
.Replace(">", @"\>")
.Replace(".", @"\.")
.Replace("$", @"\$")
.Replace("^", @"\^")
.Replace("{", @"\{")
.Replace("[", @"\[")
.Replace("(", @"\(")
.Replace("|", @"\|")
.Replace(")", @"\)")
.Replace("*", @"\*")
.Replace("+", @"\+")
.Replace("?", @"\?")
.Replace("A_n_y_C_h_a_r_s", ".*?")
;
}
构造出模式串后，就可以进行匹配了。正则表达式的匹配结果可以返回单个匹配和匹配集合。前者用Match方法，后者用Matches方法。本人在应用中，往往喜欢使用后者，因为后者是可以包含前者的，这种思路在JQuery中也得到了体现，默认情况下，返回的结果都是集合。
多个目标的匹配
前述的匹配中，每次匹配，目标往往只有一个。加入需要同时匹配多个目标呢？如Excel的文本的匹配，每个单元格都以\t分隔，行间以\r\n分隔。借鉴前面的通用化思路，也可以构造出一个串，直接进行匹配。因此，对GetPatternString进行了重构，如下：
public static string GetPatternString(string strHead, string strTear)
{
return "(?<head>" + CharTransfer(strHead) + ")" + "(?<body>.*?)" + "(?<tear>" + CharTransfer(strTear) + ")";
}
通过多项匹配，处理过程如下：
string s = @"
学号 姓名 成绩 班号
951001 李小明 76 11
951002 赵 林 87 21
951003 李小敏 85 11
951004 陈维强 50 31
951005 林玉美 53 11
951006 陈 山 96 21
951007 江苏明 85 11
951008 罗晓南 67 31
";
MatchCollection mas = Regex.Matches(s, RegexUtil.GetPatternString("(*)\t(*)\t(*)\t(*)\r\n"));
for (int i = 0; i < mas.Count; i++)
{
Console.WriteLine(mas[i].Value);
}
结果输出为：
951001 李小明 76 11 951002 赵 林 87 21 951003 李小敏 85 11 951004 陈维强 50 31 951005 林玉美 53 11 951006 陈 山 96 21 951007 江苏明 85 11 951008 罗晓南 67 31
上述例子中，为便于处理，对于每个节点最好也能命名。但由于数量不定，因此只能采用用户自行命名的方式。对此，我们设定规则如下：
(*name*)：表示任意字符串，匹配后，其分组命名为name。
那么，对于GetPatternString中，需要对这种表示进行解析。
public static string GetPatternString(string str)
{
//先处理(*)，防止干扰
string mypattern = str.Replace("(*)", "A_n_y_C_h_a_r_s");
//先把(*name*)命名全部替换为一个不含特殊字符的串 L_e_f_t...R_i_g_h_t
string pat = GetPatternString("(*", "*)");
mypattern = Regex.Replace(mypattern, pat, delegate(Match mat) {
return "L_e_f_t" + mat.Groups["body"].Value + "R_i_g_h_t"; }
);
mypattern = mypattern.Replace("A_n_y_C_h_a_r_s", "(*)");
//再把(*)替换回去，统一转正则表达式
mypattern = CharTransfer(mypattern);
//将特殊字符转换为正则表达式的转义字符
//将命名串换回符合正则表达式的样式
string pat2 = GetPatternString("L_e_f_t", "R_i_g_h_t");
mypattern = Regex.Replace(mypattern, pat2, delegate(Match mat) {
return "(?<" + mat.Groups["body"].Value + ">.*?)"; }
);
return mypattern;
}
调用命名模式处理如下：
MatchCollection mas = Regex.Matches(s, RegexUtil.GetPatternString("(*)\t(*xm*)\t(*cj*)\t(*)\r\n"));
for (int i = 0; i < mas.Count; i++)
{
Console.WriteLine(mas[i].Groups["xm"].Value+" - "+mas[i].Groups["cj"].Value);
}
结果输出为：
姓名 - 成绩 李小明 - 76 赵 林 - 87 李小敏 - 85 陈维强 - 50 林玉美 - 53 陈 山 - 96 江苏明 - 85 罗晓南 - 67
进一步扩展
1、返回字符串数组。这个简化的意义有限。
2、重写一个Matches。意义也有限，因为核心在模式串。
3、构造串时，加入正则表达式的规则。在实际应用中，也有这样的需求，如无法定位结尾，命名的部分需要指定模式等。但是，综合考虑到设计初衷，还是放弃。
对于需要特定处理的，可以对返回的串进行进一步的修改加工。如，对于配置文件的读取：
[Options] Language=2052 BackupPrompt=0 HideWarnings=1 MSG_CONFIRMCLEAN=False WINDOW_MAX=1
采用以下代码处理：
string s = AccessFile.ReadFile(Application.StartupPath+"\\test.ini");
MatchCollection mas = Regex.Matches(s,RegexUtil.GetPatternString("(*name*)=(*value*)\r\n"));
for (int i = 0; i < mas.Count; i++)
{
Console.WriteLine(mas[i].Groups["name"].Value+":"+mas[i].Groups["value"].Value);
}
输出结果为：
Language:2052 BackupPrompt:0 HideWarnings:1 MSG_CONFIRMCLEAN:False
可以看出，最后一行没有被解析出来。因为最后一行的结束标志不是回车。
如果对正则表达式比较熟悉的话，完全可以进行修改：
string s = AccessFile.ReadFile(Application.StartupPath+"\\test.ini");
string pat=RegexUtil.GetPatternString("(*name*)=(*value*)\r\n");
pat=pat.Replace("\r\n","(\r\n|$)");
MatchCollection mas = Regex.Matches(s,pat);
for (int i = 0; i < mas.Count; i++)
{
Console.WriteLine(mas[i].Groups["name"].Value+":"+mas[i].Groups["value"].Value);
}
输出结果如下：
Language:2052 BackupPrompt:0 HideWarnings:1 MSG_CONFIRMCLEAN:False WINDOW_MAX:1
结论
对于常见的字符串操作，正则表达式是一个强有力的工具。但由于其规则的复杂，不便于在常规情况下快速运用。本文提出了一套简化的规则，屏蔽了正则表达式的细节，降低了正则表达式的使用难度：
规则1：通过指定前后定界字符串，自动生成需要的正则表达式。函数：CommonCode.RegexUtil.GetPattern(s1,s2)
规则2：使用“(*)”代替任意字符，其他所有特殊字符都去特殊化，可以随意使用无需考虑转义
规则3：使用“(*name*)”来表示命名分组的任意串
规则4：通过CommonCode.RegexUtil.GetPattern(s)，可以返回通用的模式串
规则5：GetPattern的两个重构函数中，参数中都可以使用(*)和(*name*)
规则6：考虑到复杂性，不支持更复杂的正则表达式，如有需要，可以获取模式串后，对其进行进一步的加工
