环视只进行子表达式的匹配,不占有字符,匹配到的内容不保存到最终的匹配结果,是零宽度的。环视匹配的最终结果就是一个位置。

1 环视基础

环视只进行子表达式的匹配,不占有字符,匹配到的内容不保存到最终的匹配结果,是零宽度的。环视匹配的最终结果就是一个位置。

环视的作用相当于对所在位置加了一个附加条件,只有满足这个条件,环视子表达式才能匹配成功。

环视按照方向划分有顺序和逆序两种,按照是否匹配有肯定和否定两种,组合起来就有四种环视。顺序环视相当于在当前位置右侧附加一个条件,而逆序环视相当于在当前位置左侧附加一个条件。

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

(?<!Expression)

逆序否定环视,表示所在位置左侧不能匹配Expression

(?=Expression)

顺序肯定环视,表示所在位置右侧能够匹配Expression

(?!Expression)

顺序否定环视,表示所在位置右侧不能匹配Expression

对于环视的叫法,有的文档里叫预搜索,有的叫什么什么断言的,这里使用了更多人容易接受的《精通正则表达式》中“环视”的叫法,其实叫什么无所谓,只要知道是什么作用就是了,就这么几个语法规则, 还是很容易记的

2 环视匹配原理

环视是正则中的一个难点,对于环视的理解,可以从应用和原理两个角度理解,如果想理解得更清晰、深入一些,还是从原理的角度理解好一些,正则匹配基本原理参考 NFA引擎匹配原理。

上面提到环视相当于对“所在位置”附加了一个条件,环视的难点在于找到这个“位置”,这一点解决了,环视也就没什么秘密可言了。

顺序环视匹配过程

对于顺序肯定环视(?=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。

对于顺序否定环视(?!Expression)来说,当子表达式Expression匹配成功时,(?!Expression)匹配失败;当子表达式Expression匹配失败时,(?!Expression)匹配成功,并报告(?!Expression)匹配当前位置成功;

顺序肯定环视的例子已在NFA引擎匹配原理中讲解过了,这里再讲解一下顺序否定环视。


源字符串:aa<p>one</p>bb<div>two</div>cc

正则表达式:<(?!/?p\b)[^>]+>

这个正则的意义就是匹配除<p…>或</p>之外的其余标签。

匹配过程:

首先由字符“<”取得控制权,从位置0开始匹配,由于“<”匹配“a”失败,在位置0处整个表达式匹配失败,第一次迭代匹配失败,正则引擎向前传动,由位置1处开始尝试第二次迭代匹配。

重复以上过程,直到位置2,“<”匹配“<”成功,控制权交给“(?!/?p\b)”;“(?!/?p\b)”子表达式取得控制权后,进行内部子表达式的匹配。首先由“/?”取得控制权,尝试匹配“p”失败,进行回溯,不匹配,控制权交给“p”;由“p”来尝试匹配“p”,匹配成功,控制权交给“\b”;由“\b”来尝试匹配位置4,匹配成功。此时子表达式匹配完成,“/?p\b”匹配成功,那么环视表达式“(?!/?p\b)”就匹配失败。在位置2处整个表达式匹配失败,新一轮迭代匹配失败,正则引擎向前传动,由位置3处开始尝试下一轮迭代匹配。

在位置8处也会遇到一轮“/?p\b”匹配“/p”成功,而导致环视表达式“(?!/?p\b)”匹配失败,从而导致整个表达式匹配失败的过程。

重复以上过程,直到位置14,“<”匹配“<”成功,控制权交给“(?!/?p\b)”;“/?”尝试匹配“d”失败,进行回溯,不匹配,控制权交给“p”;由“p”来尝试匹配“d”,匹配失败,已经没有备选状态可供回溯,匹配失败。此时子表达式匹配完成,“/?p\b”匹配失败,那么环视表达式“(?!/?p\b)”就匹配成功。匹配的结果是位置15,然后控制权交给“[^>]+”;由“[^>]+”从位置15进行尝试匹配,可以成功匹配到“div”,控制权交给“>”;由“>”来匹配“>”。

此时正则表达式匹配完成,报告匹配成功。匹配结果为“<div>”,开始位置为14,结束位置为19。其中“<”匹配“<”,“(?!/?p\b)”匹配位置15,“[^>]+”匹配字符串“div”,“>”匹配“>”。

逆序环视基础

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(?<!Expression)来说,当子表达式Expression匹配成功时,(?<!Expression)匹配失败;当子表达式Expression匹配失败时,(?<!Expression)匹配成功,并报告(?<!Expression)匹配当前位置成功;

顺序环视相当于在当前位置右侧附加一个条件,所以它的匹配尝试是从当前位置开始的,然后向右尝试匹配,直到某一位置使得匹配成功或失败为止。而逆序环视的特殊处在于,它相当于在当前位置左侧附加一个条件,所以它不是在当前位置开始尝试匹配的,而是从当前位置左侧某一位置开始,匹配到当前位置为止,报告匹配成功或失败。

顺序环视尝试匹配的起点是确定的,就是当前位置,而匹配的终点是不确定的。逆序环视匹配的起点是不确定的,是当前位置左侧某一位置,而匹配的终点是确定的,就是当前位置。

所以顺序环视相对是简单的,而逆序环视相对是复杂的。这也就是为什么大多数语言和工具都提供了对顺序环视的支持,而只有少数语言提供了对逆序环视支持的原因。

JavaScript中只支持顺序环视,不支持逆序环视。

Java中虽然顺序环视和逆序环视都支持,但是逆序环视只支持长度确定的表达式,逆序环视中量词只支持“?”,不支持其它长度不定的量词。长度确定时,引擎可以向左查找固定长度的位置作为起点开始尝试匹配,而如果长度不确定时,就要从位置0开始尝试匹配,处理的复杂度是显而易见的。

目前只有.NET中支持不确定长度的逆序环视。

逆序环视匹配过程

源字符串:<div>a test</div>

正则表达式:(?<=<div>)[^<]+(?=</div>)

这个正则的意义就是匹配<div>和</div>标签之间的内容,而不包括<div>和</div>标签本身。

匹配过程:

首先由“(?<=<div>)”取得控制权,从位置0开始匹配,由于位置0是起始位置,左侧没有任何内容,所以“<div>”必然匹配失败,从而环视表达式“(?<=<div>)”匹配失败,导致整个表达式在位置0处匹配失败。第一轮迭代匹配失败,正则引擎向前传动,由位置1处开始尝试第二次迭代匹配。

直到传动到位置5,“(?<=<div>)”取得控制权,向左查找5个位置,由位置0开始匹配,由“<div>”匹配“<div>”成功,从而“(?<=<div>)”匹配成功,匹配的结果为位置5,控制权交给“[^<]+”;“[^<]+”从位置5开始尝试匹配,匹配“a test”成功,控制权交给“(?=</div>)”;由“</div>”匹配“</div>”成功,从而“(?=</div>)”匹配成功,匹配结果为位置11。

此时正则表达式匹配完成,报告匹配成功。匹配结果为“a test”,开始位置为5,结束位置为11。其中“(?<=<div>)”匹配位置5,“[^<]+”匹配“a test”,“(?=</div>)”匹配位置11。

逆序否定环视的匹配过程与上述过程类似,区别只是当Expression匹配失败时,逆序否定表达式(?<!Expression)才匹配成功。

到此环视的匹配原理已基本讲解完,环视也就没有什么秘密可言了,所需要的,也只是多加练习而已。

3 环视应用

今天写累了,暂时就给出一个环视的综合应用实例吧,至于环视的应用场景和技巧,后面再整理。

需求:数字格式化成用“,”的货币格式。

正则表达式:(?<=\d)(?<!\.\d*)(?=(?:\d{3})+(?:\.\d+|$))

测试代码:

double[] data = new double[] { 0, 12, 123, 1234, 12345, 123456, 1234567, 123456789, 1234567890, 12.345, 123.456, 1234.56, 12345.6789, 123456.789, 1234567.89, 12345678.9 };

foreach (double d in data)

{

richTextBox2.Text += "源字符串:" + d.ToString().PadRight(15) + "格式化:" + Regex.Replace(d.ToString(), @"(?<=\d)(?<!\.\d*)(?=(?:\d{3})+(?:\.\d+|$))", ",") + "\n";

}

输出结果:

源字符串:0 格式化:0

源字符串:12 格式化:12

源字符串:123 格式化:123

源字符串:1234 格式化:1,234

源字符串:12345 格式化:12,345

源字符串:123456 格式化:123,456

源字符串:1234567 格式化:1,234,567

源字符串:123456789 格式化:123,456,789

源字符串:1234567890 格式化:1,234,567,890

源字符串:12.345 格式化:12.345

源字符串:123.456 格式化:123.456

源字符串:1234.56 格式化:1,234.56

源字符串:12345.6789 格式化:12,345.6789

源字符串:123456.789 格式化:123,456.789

源字符串:1234567.89 格式化:1,234,567.89

源字符串:12345678.9 格式化:12,345,678.9

实现分析:

首先根据需求可以确定是把一些特定的位置替换为“,”,接下来就是分析并找到这些位置的规律,并抽象出来以正则表达式来表示。

1、 这个位置的左侧必须为数字

2、 这个位置右侧到出现“.”或结尾为止,必须是数字,且数字的个数必须为3的倍数

3、 这个位置左侧相隔任意个数字不能出现“.”

由以上三条,就可以完全确定这些位置,只要实现以上三条,组合一下正则表达式就可以了。

根据分析,最终匹配的结果是一个位置,所以所有子表达式都要求是零宽度。

1、 是对当前所在位置左侧附加的条件,所以要用到逆序环视,因为要求必须出现,所以是肯定的,符合这一条件的子表达式即为“(?<=\d)

2、 是对当前所在位置右侧附加的条件,所以要用到顺序环视,也是要求出现,所以是肯定的,是数字,且个数为3的倍数,即“(?=(?:\d{3})*)”,到出现“.”或结尾为止,即“(?=(?:\d{3})*(?:\.|$))

3、 是对当前所在位置左侧附加的条件,所以要用到逆序环视,因为要求不能出现,所以是否定的,即“(?<!\.\d*)

因为零宽度的子表达式是非互斥的,最后匹配的都是同一个位置,所以先后顺序是不影响最后的匹配结果的,可以任意组合,只是习惯上把逆序环视写在左侧,顺序环视写在右侧。