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高级正则表达式背后的关键概念
By Karthik Viswanathan 翻译：Wind
原文参考：http://www.smashingmagazine.com/2009/05/06/introduction-to-advanced-regular-expressions/
2009-5-6
（Wind:和师兄探讨RegEx有一小段时间了，自己去翻资料看到这篇文章，觉得很好，就自己去翻译了一下，虽然自己英文水平有限，还是努力地去尝试，呵呵~有需要的可以慢慢看。^_^）
正则表达式（RegEx）是处理字符串获取信息的强大手段。它们通过一种字符串构造成一些匹配模式，然后展现它神奇的魅力。但不幸的是，简单的正则表达式并不满足于处理复杂的模式和符号。为了解决这个困境，你可以使用一些高级的正则。
接下来，我们将给您带来高级正则的简单介绍，一共有八个常用的概念和例子。每一个举例都描绘了匹配复杂字符串模式的简单方式。如果你之前没有什么使用正则表达式的经验，请查阅相关的资料^_^
1.贪婪模式/懒人模式（Greediness/Laziness）
所有的正则操作符都是贪婪的。它们尽可能多地匹配字符串。但这样你经常会得不到期望的结果。因此，我们有懒人模式操作符来解决这个问题。区分贪婪模式与懒人模式是完全理解高级正则表达式的关键。
贪婪模式操作符
*（星号）操作符匹配它之前的表达式0次或多次。这是一个贪婪模式的操作符。考虑下面的表达式：
preg_match( '/<h1>.*<\/h1>/', '<h1>This is a heading.</h1>
<h1>This is another one.</h1>', $matches );
请记住那个.（点）是代表除新行外的任何符号。上面的正则表达式就是查找一个h1标签以有它的所有内容。它使用.和*运算符来匹配标签内的所有内容。这个模式将匹配到：
<h1>This is a heading.</h1><h1>This is another one.</h1>
它会返回整个字符串，*操作符会持续地匹配所有内容——即使中间有h1的关闭标签——因为它是贪婪的。它会匹配它所能匹配的。
懒人模式操作符
让我们通过加上?（问号）来改变上面的操作符吧，这将使上面的表达式变成懒人模式。
/<h1>.*?<\/h1>/
这个正则现在是只匹配第一个h1标签来完成任务。另一个贪婪模式的操作符可以达到同样的效果，就是{n,}，这将匹配它前面表达式N次或者更多次，如果不伴随着一个问号使用，它将查找尽可能多的重复。另外要注意的是，它用第N次重复开始。
# Set up a String
$str = 'hihi';
# Match it using the greedy {n,} operator
preg_match( '/(hi){1,}/', $str, $matches ); # matches[0] will be 'hihi'
# Match it with the lazy {n,}? operator
preg_match( '/(hi){1,}?/', $str, $matches ); # matches[0] will be 'hi'
2.反向引用（Back Referencing）
它能干什么？
反向引用是一种用于引用正则表达式里之前匹配到的模式的途径。打个比方，先看看下面的简单正则，它匹配的是引号里的表达式：
# Set up an array of matches
$matches = array();
# Create a String
$str = "\"This is a 'string'\"";
# Traverse it with regular expressions
preg_match( "/(\"|').*?(\"|')/", $str, $matches );
# Print the whole match
echo $matches[0];
很不幸，这个正则并不会正确地匹配字符串，取而代之，它会输出：
"This is a '
这个正则表达式匹配了开双引号，但同时找了不同类型的引号来关闭。这是因为它在结尾的时候同时提供了单引或双引的选择。为了修正这个问题，你可以使用反向引用。表达式\1,\2,...,\9用来引用已获取的子模式，在这个例子中，变量\1就保存着第一个匹配的引号。
怎样去使用？
为了将这种概念应用于前面的例子，我们在最后一个引号处使用\1：
preg_match( '/("|\').*?\1/', $str, $matches );
现在，这将正确地返回：
"This is a 'string'"
记住，反向引用也可以被用于preg_replace。同时注意相对于\1 ... \9，你应该使用$1 ... $9 ... $n（这里所有的数字都可以）。例如，假如你想用所有代表段落标签的文本替换掉它们，就用：
$text = preg_replace( '/<p>(.*?)<\/p>/',
"<p>$1</p>", $html );
这里$1反向引用保存了段落里的文本，它在自己的替换模式中使用。这是完全合法的表达式，它展现了一种简单的方式在替找的时候来使用匹配的模式。
3.命名组（Named Groups）
当要使用多个反向引用时，正则表达式很快就会变得令人迷惑而且很难去理解。除使用反向引用的另一种选择是使用命名组。一个命名组是通过(?P<name>pattern)来指定的，name就是组的名字，pattern就是组中的正则表达式。这个命名组可以通过(?P=name)的方式引用。例如，考虑如下表达式：
/(?P<quote>"|').*?(?P=quote)/
上面的表达式将产生和前面的反向引用同样的效果，但通过使用命名组，这将明显地更便于阅读。
命名组在匹配数组的筛选中同样有用。给出的特定模式的名字也是匹配数组相应的键。
preg_match( '/(?P<quote>"|\')/', "'String'", $matches );
# This will print "'"
echo $matches[1];
# This will also print "'", as it is a named group
echo $matches['quote'];
4.单词边界（Word Boundaries）
单词边界是单词字符与非单词字符之间的地方。这些边界的特征就是，它们现实中并不匹配字符。它们的长度为0。表达式\b匹配任何的单词边界。
但是，由于很多人都没有认识到它的意义所在，所以边界经常会被忽略。比方说你想匹配一个单词import
/import/
注意了！正则表达式具有欺骗性。上面的表达式同样可以匹配important
你觉得这很简单，只需在单词的前后加上空格就可以防止这种错误的匹配：
/ import /
但是，有没想过这种情况？
The trader voted for the import
当import是在一个字符串的开头或者结尾，那么修改后的正则表达式会失败，这就需要分情况考虑了：
/(^import | import | import$)/i
回过头来看看我们的正则表达式，它没有考虑问号与其他标点，仅仅为了匹配一个单词，正则表达式就有可能要这样写：
/(^import(:|;|,)? | import(:|;|,)? | import(\.|\?|!)?$)/i
对于匹配一个单词来讲，这代码太多了。这就是为什么单词边界意义如此重大。要完成上面的表达式，使用单词边界的话会有很多的变式，所有必须做的仅是：
/\bimport\b/
这将匹配上面的所有情况。\b的灵活性源自于它匹配0长度的字符串。它所匹配的是想像出来的字符间的空隙。它检查单词字符的下一个字符是否为非单词字符。如果是的话，就匹配它。若是遇到了字符串的开头或结尾，\b将它当成一个非单词字符。由于i在import里依然是被当成是单词字符，所以它将匹配import。
注意，与\b相反的是\B，这个操作符将匹配两个单词字符、或两个非单词字符之间的空隙。因而，如果你想匹配其他单词里的"hi"，你可以使用\Bhi\B
5.原子组（Atomic Groups）
原子组是正则的群组里特殊的一种，它不被捕获。它们通常都是被用于提高正则表达式的效率，但也可能是应用于排除某些匹配。一个原子组可以用(?>pattern)来界定：
/(?>his|this)/
当正则表达式的引擎匹配一个原子组时，它将忽略包含里面所有记号的回溯。比如说单词"smashing"，使用上面的正则，正则的引擎首先会尝试在"smashing"匹配"his"。这个不能匹配，此时，原子组就产生效果了。引擎会忽略所有的回溯位置。这就意味着它不会再从"smashing"里查找"this"。为什么呢？如果"his"都没法返回匹配的串，那很明显"this"（包含了"his"）也不会有确定的结果。
上面的例子并没多少实际的用途，我们同样可以使用/t?his?/来代替。请看下面的例子：
/\b(engineer|engrave|end)\b/
如果正则引擎得到单词"engineering"，它将正确地匹配"engineer"。但第二个单词边界\b就无法匹配。因此，它将转向下一个匹配：engrave。它知道"eng"可以匹配，但剩余的则不能。最后，"end"也尝试了，同样失败。如果你看得仔细，你会看到一旦引擎匹配了"engineer"而且没有匹配成功单词边界，它就很可能不能匹配"engrave"或者"end"。这两个匹配都比"engineer"字母少，因此正则引擎不该继续它们的尝试。
/\b(?>engineer|engrave|end)\b/
上面的例子就成了更好的选择，它将节省正则引擎的时间并提高代码的效率。
6.递归（Recursion）
递归在正则表达式里可以用来匹配嵌套结构，例如括号，(this(that))、还有HTML标签，<div></div>。它们需要用到(?R)，一个匹配循环子模式的操作符。考虑一下正则用来匹配嵌套括号的情况：
/\(((?>[^()]+)|(?R))*\)/
这个正则里最外层的括号匹配了嵌套结构的开头。然后一个选择操作符，表明可以匹配非括号的字符(?>[^()]+)或者将整个表达式作为一个子模式再匹配一次，(?R)。注意这个操作符会一直重复下去直到匹配所有的嵌套的括号。
另一个使用递归的情况如下：
/<([\w]+).*?>((?>[^<>]+)|((?R)))*<\/\1>/
上面的例子结合了字符组，贪婪操作符，反引以及原子组，用来匹配嵌套的标签。第一个括起来的组([\w]+)匹配标签名，它将在后面的表达式中用到，然后开始匹配标签剩余的部分。第二个括起来的子表达式和之前的例子相似。它既可以匹配非标签(?>[^<>]+)字符，又可以重新匹配另一个标签(?R)。最终，最后一部分表达式匹配关闭标签。
7.调用（Callbacks）
某些模式的匹配需要特殊的修改。要完成多个或者复杂的修改，可以使用调用。调用是用于在preg_replace_callback函数里动态地替换字符串的。在匹配的时候，它们将函数作为一个参数的形式传入。那个函数则接收匹配到的数组作为参数，然后返回一个修改后的字符串作为替换。
例如，要将所有的单词改成大写，但PHP没有正则的操作符来改变字符的大小写。要完成这个任务，我们应该使用调用。首先，表达式必须匹配所有需要大写的字母。
/\b\w/
上面的表达式用到了单词边界和字符类。我们有了这个表达式之后，我们就可以写调用函数了：
function upper_case( $matches ) {
return strtoupper( $matches[0] );
}
upper_case传入一个匹配的数组，然后返回被匹配模式的大写模式。$matches[0]在这里代表了需要被大写的字母。这些现在可以都使用preg_replace_callback函数来结合到一起：
preg_replace_callback('/\b\w/', "upper_case", $str);
这就是简单的调用的力量。
8.注释（Commenting）
注释实际上并不匹配字符串，但它是正则表达式中最重要的一部分。随着你陷入越来越庞大、越来越复杂的表达式中，这将变得越来越难去理解究竟真正会匹配到什么。使用注释是使这些困惑最小化的完美方法。
要在正则表达式中加入注释，使用(?#comment)的格式，"comment"可以换成任何你需要的注释文字。
/(?#digit)\d/
在你要公开发布的正则表达式里加入注释尤为重要。你的正则的使用者可以方便地明白和修改以达到他们的需求。它同样可以帮助你在重读程序的时候方便解码。
如果用到"x"或者(?x)修饰符来使用注释的自由空格模式，这就可以让正则表达式忽略字符间的空格，所有的空格都代表[ ]或者\ （一个反斜杠加一个空格）。
/
\d #digit
[ ] #space
\w+ #word
/x
下面的和上面是一样的：
/\d(?#digit)[ ](?#space)\w+(?#word)/
(Always create well-documented code.)
