Linux系统编程（16）——正则表达式入门

字符是计算机软件处理文字时最基本的单位，可能是字母，数字，标点符号，空格，换行符，汉字等等。字符串是0个或更多个字符的序列。文本也就是文字，字符串。说某个字符串匹配某个正则表达式，通常是指这个字符串里有一部分（或几部分分别）能满足表达式给出的条件。

在编写处理字符串的程序或网页时，经常会有查找符合某些复杂规则的字符串的需要。正则表达式就是用于描述这些规则的工具。换句话说，正则表达式就是记录文本规则的代码。

很可能你使用过Windows下用于文件查找的通配符(wildcard)，也就是*和?。如果你想查找某个目录下的所有的Word文档的话，你会搜索*.doc。在这里，*会被解释成任意的字符串。和通配符类似，正则表达式也是用来进行文本匹配的工具，只不过比起通配符，它能更精确地描述你的需求——当然，代价就是更复杂——比如你可以编写一个正则表达式，用来查找所有以0开头，后面跟着2-3个数字，然后是一个连字号“-”，最后是7或8位数字的字符串(像010-12345678或0376-7654321)。

1、如果需要更精确的说法，\b匹配这样的位置：它的前一个字符和后一个字符不全是(一个是,一个不是或不存在)\w。

2、换行符就是'\n',ASCII编码为10(十六进制0x0A)的字符。

学习正则表达式的最好方法是从例子开始，理解例子之后再自己对例子进行修改，实验。下面给出了不少简单的例子，并对它们作了详细的说明。

假设你在一篇英文小说里查找hi，你可以使用正则表达式hi。

这几乎是最简单的正则表达式了，它可以精确匹配这样的字符串：由两个字符组成，前一个字符是h,后一个是i。通常，处理正则表达式的工具会提供一个忽略大小写的选项，如果选中了这个选项，它可以匹配hi,HI,Hi,hI这四种情况中的任意一种。

不幸的是，很多单词里包含hi这两个连续的字符，比如him,history,high等等。用hi来查找的话，这里边的hi也会被找出来。如果要精确地查找hi这个单词的话，我们应该使用\bhi\b。

\b是正则表达式规定的一个特殊代码（好吧，某些人叫它元字符，metacharacter），代表着单词的开头或结尾，也就是单词的分界处。虽然通常英文的单词是由空格，标点符号或者换行来分隔的，但是\b并不匹配这些单词分隔字符中的任何一个，它只匹配一个位置。

假如你要找的是hi后面不远处跟着一个Lucy，你应该用\bhi\b.*\bLucy\b。

这里，.是另一个元字符，匹配除了换行符以外的任意字符。*同样是元字符，不过它代表的不是字符，也不是位置，而是数量——它指定*前边的内容可以连续重复出现任意次以使整个表达式得到匹配。因此，.*连在一起就意味着任意数量的不包含换行的字符。现在\bhi\b.*\bLucy\b的意思就很明显了：先是一个单词hi,然后是任意个任意字符(但不能是换行)，最后是Lucy这个单词。

如果同时使用其它元字符，我们就能构造出功能更强大的正则表达式。比如下面这个例子：

0\d\d-\d\d\d\d\d\d\d\d

匹配这样的字符串：以0开头，然后是两个数字，然后是一个连字号“-”，最后是8个数字(也就是中国的电话号码。当然，这个例子只能匹配区号为3位的情形)。

这里的\d是个新的元字符，匹配一位数字(0，或1，或2，或……)。-不是元字符，只匹配它本身——连字符或者减号。

为了避免那么多烦人的重复，我们也可以这样写这个表达式：0\d{2}-\d{8}。这里\d后面的{2}({8})的意思是前面\d必须连续重复匹配2次(8次)。

在linux下我们用grep在一个文件中找出包含某些字符串的行，比如在头文件中找出一个宏定义。其实grep还可以找出符合某个模式（Pattern）的一类字符串。例如找出所有符合xxxxx@xxxx.xxx模式的字符串（也就是email地址），要求x字符可以是字母、数字、下划线、小数点或减号，email地址的每一部分可以有一个或多个x字符，例如abc.d@ef.com、1_2@987-6.54，当然符合这个模式的不全是合法的email地址，但至少可以做一次初步筛选，筛掉a.b、c@d等肯定不是email地址的字符串。再比如，找出所有符合yyy.yyy.yyy.yyy模式的字符串（也就是IP地址），要求y是0-9的数字，IP地址的每一部分可以有1-3个y字符。

如果要用grep查找一个模式，如何表示这个模式，这一类字符串，而不是一个特定的字符串呢？从这两个简单的例子可以看出，要表示一个模式至少应该包含以下信息：

字符类（Character Class）：如上例的x和y，它们在模式中表示一个字符，但是取值范围是一类字符中的任意一个。

数量限定符（Quantifier）：邮件地址的每一部分可以有一个或多个x字符，IP地址的每一部分可以有1-3个y字符

各种字符类以及普通字符之间的位置关系：例如邮件地址分三部分，用普通字符@和.隔开，IP地址分四部分，用.隔开，每一部分都可以用字符类和数量限定符描述。为了表示位置关系，还有位置限定符（Anchor）的概念，将在下面介绍。

规定一些特殊语法表示字符类、数量限定符和位置关系，然后用这些特殊语法和普通字符一起表示一个模式，这就是正则表达式（Regular Expression）。例如email地址的正则表达式可以写成[a-zA-Z0-9_.-]+@[a-zA-Z0-9_.-]+\.[a-zA-Z0-9_.-]+，IP地址的正则表达式可以写成[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}。下一节介绍正则表达式的语法，我们先看看正则表达式在grep中怎么用。例如有这样一个文本文件testfile：

192.168.1.1
1234.234.04.5678
123.4234.045.678

abcde查找其中包含IP地址的行：

$ egrep'[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}' testfile
192.168.1.1
1234.234.04.5678

egrep相当于grep -E，表示采用Extended正则表达式语法。grep的正则表达式有Basic和Extended两种规范，它们之间的区别下一节再解释。另外还有fgrep命令，相当于grep -F，表示只搜索固定字符串而不搜索正则表达式模式，不会按正则表达式的语法解释后面的参数。

注意正则表达式参数用单引号括起来了，因为正则表达式中用到的很多特殊字符在Shell中也有特殊含义（例如\），只有用单引号括起来才能保证这些字符原封不动地传给grep命令，而不会被Shell解释掉。

192.168.1.1符合上述模式，由三个.隔开的四段组成，每段都是1到3个数字，所以这一行被找出来了，可为什么1234.234.04.5678也被找出来了呢？因为grep找的是包含某一模式的行，这一行包含一个符合模式的字符串234.234.04.567。相反，123.4234.045.678这一行不包含符合模式的字符串，所以不会被找出来。

grep是一种查找过滤工具，正则表达式在grep中用来查找符合模式的字符串。其实正则表达式还有一个重要的应用是验证用户输入是否合法，例如用户通过网页表单提交自己的email地址，就需要用程序验证一下是不是合法的email地址，这个工作可以在网页的Javascript中做，也可以在网站后台的程序中做，例如PHP、Perl、Python、Ruby、Java或C，所有这些语言都支持正则表达式，可以说，目前不支持正则表达式的编程语言实在很少见。除了编程语言之外，很多UNIX命令和工具也都支持正则表达式，例如grep、vi、sed、awk、emacs等等。“正则表达式”就像“变量”一样，它是一个广泛的概念，而不是某一种工具或编程语言的特性