正則表達式如何實現逆序環視

這篇文章主要介紹了正則表達式如何實現逆序環視，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

1 問題引出

前幾天在CSDN論壇遇到這樣一個問題。
我要通過正則分別取出下面 <font color="#008000"> 與 </font> 之間的字符串

1、在 <font color="#008000"> 與 </font> 之間的字符串是沒法固定的，是隨機自動生成的
2、其中 <font color="#008000"> 與 </font>的數量也是沒法固定的，也是隨機自動生成的

<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font>
有朋友給出這樣的正則“(?<=<font[\s\S]*?>)([\s\S]*?)(?=</font>)”，看下匹配結果。

代碼如下:

string test = @"<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font> ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=<font[\s\S]*?>)([\s\S]*?)(?=</font>)");
foreach (Match m in mc)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n---------------\n";
}
/*--------輸出--------
** 這里是不固定的字符串1 **
---------------
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 **
---------------
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串3 **
---------------
*/
為什么會是這樣的結果，而不是我們期望的如下的結果呢？
/*--------輸出--------
** 這里是不固定的字符串1 **
---------------
** 這里是不固定的字符串2 **
---------------
** 這里是不固定的字符串3 **
---------------
*/

這涉及到逆序環視的匹配原理，以及貪婪與非貪婪模式應用的一些細節，下面先針對逆序環視的匹配細節展開討論，然后再回過頭來看下這個問題。

2 逆序環視匹配原理

關于環視的一些基礎講解和基本匹配原理，在正則基礎之——環視這篇博客里已有所介紹，只不過當時整理得比較匆忙，沒有涉及更詳細的匹配細節。這里僅針對逆序環視展開討論。
逆序環視的基礎知識在上面博文中已介紹過，這里簡單引用一下。

對于逆序肯定環視(?<=Expression)來說，當子表達式Expression匹配成功時，(?<=Expression)匹配成功，并報告(?<=Expression)匹配當前位置成功。

對于逆序否定環視(?<!Expression)來說，當子表達式Expression匹配成功時，(?<!Expression)匹配失敗；當子表達式Expression匹配失敗時，(?<!Expression)匹配成功，并報告(?<!Expression)匹配當前位置成功。

2.1 逆序環視匹配行為分析
2.1.1 逆序環視支持現狀
目前支持逆序環視的語言還比較少，比如當前比較流行的腳本語言JavaScript中就是不支持逆序環視的。個人認為不支持逆序環視已成為目前JavaScript中使用正則的最大限制，一些使用逆序環視很輕松搞定的輸入驗證，卻要通過各種變通的方式來實現。

需求：驗證輸入由字母、數字和下劃線組成，下劃線不能出現在開始或結束位置。

對于這樣的需求，如果支持逆序環視，直接“^(?!_)[a-zA-Z0-9_]+(?<!_)$”就可以了搞定了，但是在JavaScript中，卻需要用類似于“^[a-zA-Z0-9]([a-zA-Z0-9_]*[a-zA-Z0-9])?$”這種變通方式來實現。這只是一個簡單的例子，實際的應用中，會比這復雜得多，而為了避免量詞的嵌套帶來的效率陷阱，正則實現起來很困難，甚至有些情況不得不拆分成多個正則來實現。

而另一些流行的語言，比如Java中，雖然支持逆序環視，但只支持固定長度的子表達式，量詞也只支持“?”，其它不定長度的量詞如“*”、“+” 、“{m,n}”等是不支持的。

源字符串：<div>a test</div>
需求：取得div標簽的內容，不包括div標簽本身
Java代碼實現：

復制代碼 代碼如下:

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

但是如果源字符串變一下，加個屬性變成“<div id=”test1”>a test</div>”，那么除非標簽中屬性內容是固定的，否則就無法在Java中用逆序環視來實現了。

為什么在很多流行語言中，要么不支持逆序環視，要么只支持固定長度的子表式呢？先來分析一下逆序環視的匹配原理吧。

2.1.2 Java中逆序環視匹配原理分析

不支持逆序環視的自不必說，只支持固定長度子表達式的逆序環視如何呢。
源字符串：<div>a test</div>
正則表達式：(?<=<div>)[^<]+(?=</div>)

需要明確的一點，無論是什么樣的正則表達式，都是要從字符串的位置0處開始嘗試匹配的。
首先由“(?<=<div>)”取得控制權，由位置0開始嘗匹配，由于“<div>”的長度固定為5，所以會從當前位置向左查找5個字符，但是由于此時位于位置0處，前面沒有任何字符，所以嘗試匹配失敗。
正則引擎傳動裝置向右傳動，由位置1處開始嘗試匹配，同樣匹配失敗，直到位置5處，向左查找5個字符，滿足條件，此時把控制權交給“(?<=<div>)”中的子表達式“<div>”。“<div>”取得控制權后，由位置0處開始向右嘗試匹配，由于正則都是逐字符進行匹配的，所以這時會把控制權交給“<div>”中的“<”，由“<”嘗試字符串中的“<”，匹配成功，接下來由“d”嘗試字符串中的“d”，匹配成功，同樣的過程，由“<div>”匹配位置0到位置5之間的“<div>”成功，此時“(?<=<div>)”匹配成功，匹配成功的位置是位置5。
后續的匹配過程請參考　正則基礎之——環視　和　正則基礎之——NFA引擎匹配原理。
那么對于量詞“?”又是怎么樣一種情況呢，看一下下面的例子。
源字符串：cba
正則表達式：(?<=(c?b))a

復制代碼 代碼如下:

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));
}
/*--------輸出--------
a

*/

可以看到，“c?”并沒有參與匹配，在這里，“?”并不具備貪婪模式的作用，“?”只提供了一個分支的作用，共記錄了兩個分支，一個分支需要從當前位置向前查找一個字符，另一個分支需要從當前位置向前查找兩個字符。正則引擎從當前位置，嘗試這兩種情況，優先嘗試的是需要向前查找較少字符的分支，匹配成功，則不再嘗試另一個分支，只有這一分支匹配失敗時，才會去嘗試另一個分支。

復制代碼 代碼如下:

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));
}
/*--------輸出--------
a
dcb
*/

雖然有兩個分支，但向前查找的字符數可預知的，所以只支持“?”時并不復雜，但如果再支持其它不定長度量詞，情況又如何呢？
2.1.3 .NET中逆序環視匹配原理
.NET的逆序環視中，是支持不定長度量詞的，在這個時候，匹配過程就變得復雜了。先看一下定長的是如何匹配的。

復制代碼 代碼如下:

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

從結果可以看到，.NET中的逆序環視在子表達式長度固定時，匹配行為與Java中應該是一樣的。那么不定長量詞又如何呢？

復制代碼 代碼如下:

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";
}
/*--------輸出--------
a
cb
*/

可以看到，這里的“?”具備了貪婪模式的特性。那么這個時候是否會有這樣的疑問，它的匹配過程仍然是從當前位置向左嘗試，還是從字符串開始位置向右嘗試匹配呢？

復制代碼 代碼如下:

string test = "<ddd<cccba";
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";
}
/*--------輸出--------
a
<cccb
*/

從結果可看出，在逆序環視中有不定量詞的時候，仍然是從當前位置，向左嘗試匹配的，否則Groups[1]的內容就是“<ddd<cccb”，而不是“<cccb”了。
這是非貪婪模式的匹配情況，再看一下貪婪模式匹配的情況。

復制代碼 代碼如下:

string test = "e<ddd<cccba";
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";
}
/*--------輸出--------
a
<ddd<cccb
*/

可以看到，采用貪婪模式以后，雖然嘗試到“c”前面的“<”時已經可以匹配成功，但由于是貪婪模式，還是要繼續嘗試匹配的。直到嘗試到開始位置，取最長的成功匹配作為匹配結果。
2.2 匹配過程
再來理一下逆序環視的匹配過程吧。
源字符串：<div id=“test1”>a test</div>
正則表達式：(?<=<div[^>]*>)[^<]+(?=</div>)


首先由“(?<=<div[^>]*>)”取得控制權，由位置0開始嘗匹配，由于“<div[^>]*>”的長度不固定，所以會從當前位置向左逐字符查找，當然，也有可能正則引擎做了優化，先計算一下最小長度后向前查找，在這里“<div[^>]*>”至少需要5個字符，所以由當前位置向左查找5個字符，才開始嘗試匹配，這要看各語言的正則引擎如何實現了，我推測是先計算最小長度。但是由于此時位于位置0處，前面沒有任何字符，所以嘗試匹配失敗。

正則引擎傳動裝置向右傳動，由位置1處開始嘗試匹配，同樣匹配失敗，直到位置5處，向左查找5個字符，滿足條件，此時把控制權交給“(?<=<div[^>]*>)”中的子表達式“<div[^>]*>”。“<div[^>]*>”取得控制權后，由位置0處開始向右嘗試匹配，由于正則都是逐字符進行匹配的，所以這時會把控制權交給“<div[^>]*>”中的“<”，由“<”嘗試字符串中的“<”，匹配成功，接下來由“d”嘗試字符串中的“d”，匹配成功，同樣的過程，由“<div[^>]*”匹配位置0到位置5之間的“<div ”成功，其中“[^>]*”在匹配“<div ”中的空格時是要記錄可供回溯的狀態的，此時控制權交給“>”，由于已沒有任何字符可供匹配，所以“>”匹配失敗，此時進行回溯，由“[^>]*”讓出已匹配的空格給“>”進行匹配，同樣匹配失敗，此時已沒有可供回溯的狀態，所以這一輪匹配嘗試失敗。

正則引擎傳動裝置向右傳動，由位置6處開始嘗試匹配，同樣匹配失敗，直到位置16處，此時的當前位置指的就是位置16，把控制權交給“(?<=<div[^>]*>)”，向左查找5個字符，滿足條件，記錄回溯狀態，控制權交給“(?<=<div[^>]*>)”中的子表達式“<div[^>]*>”。“<div[^>]*>”取得控制權后，由位置11處開始向右嘗試匹配， “<div[^>]*>”中的“<”嘗試字符串中的“s”，匹配失敗。繼續向左嘗試，在位置10處由“<”嘗試字符串中的“e”，匹配失敗。同樣的過程，直到嘗試到位置0處，由“<div[^>]*”在位置0向右嘗試匹配，成功匹配到“<div id=“test1”>”，此時“(?<=<div[^>]*>)”匹配成功，控制權交給“[^>]+”，繼續進行下面的匹配，直到整個表達式匹配成功。

總結正則表達式“(?<=SubExp1) SubExp2”的匹配過程：

1、 由位置0處向右嘗試匹配，直到找到一個滿足“(?<=SubExp1) ”最小長度要求的位置x；
2、 從位置x處向左查找滿足“SubExp1”最小長度要求的位置y；
3、 由“SubExp1”從位置y開始向右嘗試匹配；
4、 如果“SubExp1”為固定長度或非貪婪模式，則找到一個成功匹配項即停止嘗試匹配；
5、 如果“SubExp1”為貪婪模式，則要嘗試所有的可能，取最長的成功匹配項作為匹配結果。
6、 “(?<=SubExp1) ”成功匹配后，控制權交給后面的子表達式，繼續嘗試匹配。

需要說明的一點，逆序環視中的子表達式“SubExp1”，匹配成功時，匹配開始的位置是不可預知的，但匹配結束的位置一定是位置x。

3 問題分析與總結

3.1 問題分析
那么再回過頭來看下最初的問題。

復制代碼 代碼如下:

string test = @"<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font> ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=<font[\s\S]*?>)([\s\S]*?)(?=</font>)");
foreach (Match m in mc)
{
richTextBox2.Text += m.Value + "\n---------------\n";
}
/*--------輸出--------
** 這里是不固定的字符串1 **
---------------
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 **
---------------
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串3 **
---------------
*/

其實真正讓人費解的是這里的逆序環視的匹配結果，為了更好的說明問題，改下正則。
string test = @"<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>

復制代碼 代碼如下:

<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font> ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=(<font[\s\S]*?>))([\s\S]*?)(?=</font>)");
for(int i=0;i<mc.Count;i++)
{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "輪成功匹配結果：\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]：" + m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]：" + m.Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------輸出--------
第1輪成功匹配結果：
Group[0]： ** 這里是不固定的字符串1 **
Group[1]：<font color="#008000">
---------------
第2輪成功匹配結果：
Group[0]：
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 **
Group[1]：<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
---------------
第3輪成功匹配結果：
Group[0]：
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串3 **
Group[1]：<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
---------------
*/

對于第一輪成功匹配結果應該不存在什么疑問，這里不做解釋。
第一輪成功匹配結束的位置是第一個“</font>”前的位置，第二輪成功匹配嘗試就是從這一位置開始。
首先由“(?<=<font[\s\S]*?>)”取得控制權，向左查找6個字符后開始嘗試匹配，由于“<”會匹配失敗，所以會一直嘗試到位置0處，這時“<font”是可以匹配成功的，但是由于“<font[\s\S]*?>”要匹配成功，匹配的結束位置必須是第一個“</font>”前的位置，所以“>”是匹配失敗的，這一位置整個表達式匹配失敗。
正則引擎傳動裝置向右傳動，直到第一個“</font>”后的位置，“<font[\s\S]*?>”匹配成功，匹配開始位置是位置0，匹配結束位置是第一個“</font>”后的位置，“<font[\s\S]*?>”匹配到的內容是“<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>”，其中“[\s\S]*?”匹配到的內容是“color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font”，后面的子表達式繼續匹配，直到第二輪匹配成功。
接下來的第三輪成功匹配，匹配過程與第二輪基本相同，只不過由于使用的是非貪婪模式，所以“<font[\s\S]*?>”在匹配到“<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>”時匹配成功，就結束匹配，不再向左嘗試匹配了。
接下來看下貪婪模式的匹配結果。

復制代碼 代碼如下:

string test = @"<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font> ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?<=(<font[\s\S]*>))([\s\S]*?)(?=</font>)");
for(int i=0;i<mc.Count;i++)
{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "輪成功匹配結果：\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]：" + m.Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]：" + m.Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------輸出--------
第1輪匹配結果：
Group[0]： ** 這里是不固定的字符串1 **
Group[1]：<font color="#008000">
---------------
第2輪匹配結果：
Group[0]：
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 **
Group[1]：<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
---------------
第3輪匹配結果：
Group[0]：
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串3 **
Group[1]：<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color="#008000"> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
---------------
*/
僅僅是一個字符的差別，整個表達式的匹配結果沒有變化，但匹配過程差別卻是很大的。
那么如果想得到下面這種結果要如何做呢？
/*--------輸出--------
** 這里是不固定的字符串1 **
---------------
** 這里是不固定的字符串2 **
---------------
** 這里是不固定的字符串3 **
---------------
*/

把量詞修飾的子表達式的匹配范圍縮小就可以了。

復制代碼 代碼如下:

string test = @"<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串1 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串2 ** </font>
<font color=""#008000""> ** 這里是不固定的字符串3 ** </font> ";
MatchCollection mc = Regex.Matches(test, @"(?is)(?<=(<font[^>]*>))(?:(?!</?font\b).)*(?=</font>)");
for(int i=0;i<mc.Count;i++)
{
richTextBox2.Text += "第" + (i+1) + "輪匹配結果：\n";
richTextBox2.Text += "Group[0]：" + mc[i].Value + "\n";
richTextBox2.Text += "Group[1]：" + mc[i].Groups[1].Value + "\n---------------\n";
}
/*--------輸出--------
第1輪匹配結果：
Group[0]： ** 這里是不固定的字符串1 **
Group[1]：<font color="#008000">
---------------
第2輪匹配結果：
Group[0]： ** 這里是不固定的字符串2 **
Group[1]：<font color="#008000">
---------------
第3輪匹配結果：
Group[0]： ** 這里是不固定的字符串3 **
Group[1]：<font color="#008000">
---------------
*/

3.2 逆序環視應用總結
通過對逆序環視的分析，可以看出，逆序環視中使用不定長度的量詞，匹配過程很復雜，代價也是很大的，這也許也是目前絕大多數語言不支持逆序環視，或是不支持在逆序環視中使用不定長度量詞的原因吧。
在正則應用中需要注意的幾點：
1、 不要輕易在逆序環視中使用不定長度的量詞，除非確實需要；
2、 在任何場景下，不只是逆序環視中，不要輕易使用量詞修飾匹配范圍非常大的子表達式，小數點“.”和“[\s\S]”之類的，使用時尤其要注意。

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“正則表達式如何實現逆序環視”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持億速云，關注億速云行業資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!