Shell编程之正则表达式与文本处理器

正则表达式概述

正则表达式的定义

正则表达式又称正规表达式、常规表达式。在代码中常简写为 regex、regexp 或 RE。正则表达式是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，简单来说， 是一种匹配字符串的方法，通过一些特殊符号，实现快速查找、删除、替换某个特定字符串。

正则表达式是由普通字符与元字符组成的文字模式。模式用于描述在搜索文本时要匹 配的一个或多个字符串。正则表达式作为一个模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进 行匹配。其中普通字符包括大小写字母、数字、标点符号及一些其他符号，元字符则是指 那些在正则表达式中具有特殊意义的专用字符，可以用来规定其前导字符（即位于元字符 前面的字符）在目标对象中的出现模式。

正则表达式一般用于脚本编程与文本编辑器中。很多文本处理器与程序设计语言均支持正则表达式，例如 Linux 系统中常见的文本处理器（grep、egrep、sed、awk）以及应用比较广泛的 Python 语言。正则表达式具备很强大的文本匹配功能，能够在文本海洋中快速高效地处理文本。

正则表达式用途

对于一般计算机用户来说，由于使用到正则表达式的机会不多，所以无法体会正则表达 式的魅力，而对于系统管理员来说，正则表达式则是必备技能之一。

正则表达式对于系统管理员来说是非常重要的，系统运行过程中会产生大量的信息，这些信息有些是非常重要的，有些则仅是告知的信息。身为系统管理员如果直接看这么多的信息数据，无法快速定位到重要的信息，如“用户账号登录失败”“服务启动失败”等信息。这时可以通过正则表达式快速提取“有问题”的信息。如此一来，可以将运维工作变得更加简单、 方便。

目前很多软件也支持正则表达式，最常见的就是邮件服务器。在 Internet 中，垃圾/广告邮件经常会造成网络塞车，如果在服务器端就将这些问题邮件提前剔除的话，客户端就会 减少很多不必要的带宽消耗。而目前常用的邮件服务器 postfix 以及支持邮件服务器的相关分析软件都支持正则表达式的对比功能。将来信的标题、内容与特殊字符串进行对比，发现 问题邮件就过滤掉。

除邮件服务器之外，很多服务器软件都支持正则表达式。虽然这些软件都支持正则表达 式，不过字符串的对比规则还需要系统管理员来添加，因此正则表达式是系统管理员必须掌 握的技能之一。

基础正则表达式—grep

（1）查找特定字符

查找特定字符非常简单，如执行以下命令即可从 test.txt 文件中查找出特定字符“the”所在位置。其中“-n”表示显示行号、“-i”表示不区分大小写。命令执行后，符合匹配标准的字符， 字体颜色会变为红色

若反向选择，如查找不包含“the”字符的行，则需要通过 grep 命令的“-v”选项实现，并配合“-n”一起使用显示行号。

[root@localhost opt]# grep -vn 'the' httpd.conf 
1:#
4:# See  for detailed information.
5:# In particular, see 
6:# 
7:# for a discussion of each configuration directive.
8:#
12:#
18:# server as '/www/log/access_log', where as '/log/access_log' will be
19:# interpreted as '/log/access_log'.
20:
21:#
23:# configuration, error, and log files are kept.
24:#

（2）利用中括号“[]”来查找集合字符

想要查找“shirt”与“short”这两个字符串时，可以发现这两个字符串均包含“sh”与“rt”。此时执行以下命令即可同时查找到“shirt”与“short”这两个字符串，其中“[]”中无论有几个字符， 都仅代表一个字符，也就是说“[io]”表示匹配“i”或者“o”。

[root@localhost opt]# grep -n 'sh[ioa]rt' httpd.conf 
355:shirt
356:short
357:shart

若要查找包含重复单个字符“oo”时，只需要执行以下命令即可。

若查找“oo”前面不是“w”的字符串，只需要通过集合字符的反向选择“[^]”来实现该目的。例如执行“grep -n‘[^w]oo’test.txt”命令表示在 test.txt 文本中查找“oo”前面不是“w”的字符串。

查找包含数字的行可以通过“grep -n‘[0-9]’test.txt”命令来实现。

（3）查找行首“^”与行尾字符“$”

基础正则表达式包含两个定位元字符：“^”（行首）与“$”（行尾）。在上面的示例中， 查询“the”字符串时出现了很多包含“the”的行，如果想要查询以“the”字符串为行首的行，则可以通过“^”元字符来实现。

[root@localhost opt]# grep -n '^the' httpd.conf 
360:the is ky03

查询以小写字母开头的行可以通过“¹”规则来过滤，查询大写字母开头的行则使用
“^{[A-Z]”规则，若查询不以字母开头的行则使用“}[^a-zA-Z]”规则。

“^”符号在元字符集合“[]”符号内外的作用是不一样的，在“[]”符号内表示反向选择，在“[]” 符号外则代表定位行首。反之，若想查找以某一特定字符结尾的行则可以使用“KaTeX parse error: Undefined control sequence: \” at position 76: …），所以在这里需要用转义字符“\̲”̲将具有特殊意义的字符转化成普通…’test.txt”命令即可。

（4）查找任意一个字符“.”与重复字符“*”

前面提到，在正则表达式中小数点（.）也是一个元字符，代表任意一个字符。例如执行以下命令就可以查找“w??d”的字符串，即共有四个字符，以 w 开头 d 结尾。

[root@localhost opt]# grep -n 'w..d' httpd.conf 
108:# Note that from this point forward you must specifically allow
148:    # It can be "All", "None", or any combination of the keywords:
358:wood

查询以 w 开头 d 结尾，中间包含至少一个 o 的字符串，执行以下命令即可实现。

[root@localhost opt]# grep -n 'woo*d' httpd.conf 
358:wood
359:woooood

执行以下命令即可查询以 w 开头 d 结尾，中间的字符可有可无的字符串。

执行以下命令即可查询任意数字所在行。

（5）查找连续字符范围“{}”

在上面的示例中，使用了“.”与“*”来设定零个到无限多个重复的字符，如果想要限制一个范围内的重复的字符串该如何实现呢？例如，查找三到五个 o 的连续字符，这个时候就需要使用基础正则表达式中的限定范围的字符“{}”。因为“{}”在 Shell 中具有特殊意义，所以在使用“{}”字符时，需要利用转义字符“\”，将“{}”字符转换成普通字符。“{}”字符的使用方法如下所示。
① 查询两个 o 的字符。

② 查询以 w 开头以 d 结尾，中间包含 2～5 个 o 的字符串。

[root@localhost opt]# grep -n 'wo\{2,5\}d' httpd.conf 
358:wood
359:woooood

③ 查询以 w 开头以 d 结尾，中间包含 2 个或 2 个以上 o 的字符串。

元字符总结

扩展正则表达式常见元字符

sed 工具

sed（Stream EDitor）是一个强大而简单的文本解析转换工具，可以读取文本，并根据指定的条件对文本内容进行编辑（删除、替换、添加、移动等），最后输出所有行或者仅输出处理的某些行。sed 也可以在无交互的情况下实现相当复杂的文本处理操作，被广泛应用于 Shell 脚本中，用以完成各种自动化处理任务。
sed 的工作流程主要包括读取、执行和显示三个过程。
读取：sed 从输入流（文件、管道、标准输入）中读取一行内容并存储到临时的缓冲区中（又称模式空间，pattern space）。
执行：默认情况下，所有的 sed 命令都在模式空间中顺序地执行，除非指定了行的地址，否则 sed 命令将会在所有的行上依次执行。
显示：发送修改后的内容到输出流。在发送数据后，模式空间将会被清空。
在所有的文件内容都被处理完成之前，上述过程将重复执行，直至所有内容被处理完。

注意：默认情况下所有的 sed 命令都是在模式空间内执行的，因此输入的文件并不会发生任何变化，除非是用重定向存储输出。
常见的 sed 命令选项主要包含以下几种。
-e 或–expression=：表示用指定命令或者脚本来处理输入的文本文件。
-f 或–file=：表示用指定的脚本文件来处理输入的文本文件。
-h 或–help：显示帮助。
-n、–quiet 或 silent：表示仅显示处理后的结果。
-i：直接编辑文本文件。

“操作”用于指定对文件操作的动作行为，也就是 sed 的命令。通常情况下是采用的“[n1[,n2]]”操作参数的格式。n1、n2 是可选的，代表选择进行操作的行数，如操作需要在 5～ 20 行之间进行，则表示为“5，20 动作行为”。常见的操作包括以下几种。
a：增加，在当前行下面增加一行指定内容。
c：替换，将选定行替换为指定内容。
d：删除，删除选定的行。
i：插入，在选定行上面插入一行指定内容。
p：打印，如果同时指定行，表示打印指定行；如果不指定行，则表示打印所有内容；如果有非打印字符，则以 ASCII 码输出。其通常与“-n”选项一起使用。
s：替换，替换指定字符。
y：字符转换。

用法示例

[root@localhost ~]# sed -n '3p' test.txt	//输出第 3 行
[root@localhost ~]# sed -n '3,5p' test.txt	//输出 3~5 行
[root@localhost ~]# sed -n 'p;n' test.txt	//输出所有奇数行,n 表示读入下一行资料
[root@localhost ~]# sed -n 'n;p' test.txt	//输出所有偶数行,n 表示读入下一行资料
[root@localhost ~]# sed -n '1,5{p;n}' test.txt //输出第 1~5 行之间的奇数行(第 1、3、5 行) 
[root@localhost ~]# sed -n '10,${n;p}' test.txt	//输出第 10 行至文件尾之间的偶数行
[root@localhost ~]# sed -n '/the/p' test.txt	//输出包含the 的行
[root@localhost ~]# sed -n '4,/the/p' test.txt	//输出从第 4 行至第一个包含 the 的行
[root@localhost ~]# sed -n '/the/=' test.txt   //输出包含the 的行所在的行号,等号(=)用来输出行号
[root@localhost ~]# sed -n '/^PI/p' test.txt	//输出以PI 开头的行
[root@localhost ~]# sed -n '/[0-9]$/p' test.txt	//输出以数字结尾的行
[root@localhost ~]# sed -n '/\/p' test.txt      //输出包含单词wood 的行,\<、\>代表单词边界

[root@localhost ~]# sed '/\.$/d' test.txt	//删除以"."结尾的行
[root@localhost ~]# sed '/^$/d' test.txt	//删除所有空行

sed 's/the/THE/' test.txt	//将每行中的第一个the 替换为 THE
sed 's/l/L/2' test.txt	//将每行中的第 2 个 l 替换为 L
sed 's/the/THE/g' test.txt	//将文件中的所有the 替换为 THE
sed 's/o//g' test.txt	//将文件中的所有o 删除(替换为空串)
sed 's/^/#/' test.txt	//在每行行首插入#号
sed '/the/s/^/#/' test.txt	//在包含the 的每行行首插入#号
sed 's/$/EOF/' test.txt	//在每行行尾插入字符串EOF
sed '3,5s/the/THE/g' test.txt	//将第 3~5 行中的所有 the 替换为 THE
sed '/the/s/o/O/g' test.txt	//将包含the 的所有行中的 o 都替换为 O

（4）迁移符合条件的文本
在使用 sed 命令迁移符合条件的文本时，常用到以下参数.
H:复制到剪贴板；
g、G:将剪贴板中的数据覆盖/追加至指定行；
w：保存为文件；
r：读取指定文件；
a：追加指定内容。

sed '/the/{H;d};$G' test.txt	//将包含the 的行迁移至文件末尾,{;}用于多个操作
sed '1,5{H;d};17G' test.txt	//将第 1~5 行内容转移至第 17 行后
sed '/the/w out.file' test.txt	//将包含the 的行另存为文件 out.file
sed '/the/r /etc/hostname' test.txt	//将文件/etc/hostname 的内容添加到包含 the 的每行以后
sed '3aNew' test.txt	//在第 3 行后插入一个新行,内容为New
sed '/the/aNew' test.txt	//在包含the 的每行后插入一个新行,内容为 New
sed '3aNew1\nNew2' test.txt	//在第 3 行后插入多行内容,中间的\n 表示换行

awk 工具

在 Linux/UNIX 系统中，awk 是一个功能强大的编辑工具，逐行读取输入文本，并根据指定的匹配模式进行查找，对符合条件的内容进行格式化输出或者过滤处理，可以在无交互的情况下实现相当复杂的文本操作，被广泛应用于 Shell 脚本，完成各种自动化配置任务。
awk 包含几个特殊的内建变量（可直接用）如下所示：
FS：指定每行文本的字段分隔符，默认为空格或制表位。
NF：当前处理的行的字段个数。
NR：当前处理的行的行号（序数）。
$0：当前处理的行的整行内容。
$n：当前处理行的第 n 个字段（第 n 列）。
FILENAME：被处理的文件名。
RS：数据记录分隔，默认为\n，即每行为一条记录。

用法示例

awk '{print}' test.txt	//输出所有内容,等同于 cat test.txt
awk '{print $0}' test.txt	//输出所有内容,等同于 cat test.txt
awk 'NR==1,NR==3{print}' test.txt	//输出第 1~3 行内容
awk '(NR>=1)&&(NR<=3){print}' test.txt	//输出第 1~3 行内容
awk 'NR==1||NR==3{print}' test.txt	//输出第 1 行、第 3 行内容
awk '(NR%2)==1{print}' test.txt	//输出所有奇数行的内容
awk '(NR%2)==0{print}' test.txt	//输出所有偶数行的内容
awk '/^root/{print}' /etc/passwd	//输出以root 开头的行
awk '/nologin$/{print}' /etc/passwd	//输出以 nologin 结尾的行
awk 'BEGIN {x=0};/\/bin\/bash$/{x++};END {print x}' /etc/passwd
//统计以/bin/bash 结尾的行数,等同于 grep -c "/bin/bash$" /etc/passwd
awk 'BEGIN{RS=""};END{print NR}' /etc/squid/squid.conf
//统计以空行分隔的文本段落数


awk '{print $3}' test.txt	//输出每行中(以空格或制表位分隔)的第 3 个字段
awk '{print $1,$3}' test.txt	//输出每行中的第 1、3 个字段
awk -F ":" '$2==""{print}' /etc/shadow //输出密码为空的用户的shadow 记录
awk 'BEGIN {FS=":"}; $2==""{print}' /etc/shadow
//输出密码为空的用户的shadow 记录
awk -F ":" '$7~"/bash"{print $1}' /etc/passwd
//输出以冒号分隔且第 7 个字段中包含/bash 的行的第 1 个字段
awk '($1~"nfs")&&(NF==8){print $1,$2}' /etc/services
//输出包含 8 个字段且第 1 个字段中包含 nfs 的行的第 1、2 个字段
awk -F ":" '($7!="/bin/bash")&&($7!="/sbin/nologin"){print}' /etc/passwd
//输出第 7 个字段既不为/bin/bash 也不为/sbin/nologin 的所有行


awk -F: '/bash$/{print | "wc -l"}' /etc/passwd
//调用wc -l 命令统计使用 bash 的用户个数,等同于 grep -c "bash$" /etc/passwd
awk 'BEGIN {while ("w" | getline) n++ ; {print n-2}}'
//调用w 命令,并用来统计在线用户数
awk 'BEGIN { "hostname" | getline ; print $0}'
//调用hostname,并输出当前的主机名

sort 工具

在 Linux 系统中，常用的文件排序工具有三种：sort、uniq、wc 。本章将介绍前两种工具的用法。
sort 是一个以行为单位对文件内容进行排序的工具，也可以根据不同的数据类型来排序。例如数据和字符的排序就不一样。sort 命令的语法为“sort [选项] 参数”，其中常用的选项包括以下几种。
-f：忽略大小写；
-b：忽略每行前面的空格；
-M：按照月份进行排序；
-n：按照数字进行排序；
-r：反向排序；
-u：等同于 uniq，表示相同的数据仅显示一行；
-t：指定分隔符，默认使用[Tab]键分隔；
-o <输出文件>：将排序后的结果转存至指定文件；
-k：指定排序区域。
将/etc/passwd 文件中的账号进行排序。

将/etc/passwd 文件中第三列进行反向排序。

uniq 工具

Uniq 工具在 Linux 系统中通常与 sort 命令结合使用，用于报告或者忽略文件中的重复行。具体的命令语法格式为：uniq [选项] 参数。其中常用选项包括以下几种。
-c：进行计数；
-d：仅显示重复行；
-u：仅显示出现一次的行。

tr 工具

tr 命令常用来对来自标准输入的字符进行替换、压缩和删除。可以将一组字符替换之后变成另一组字符，经常用来编写优美的单行命令，作用很强大。
其常用选项包括以下内容。
-c：取代所有不属于第一字符集的字符；
-d：删除所有属于第一字符集的字符；
-s：把连续重复的字符以单独一个字符表示；
-t：先删除第一字符集较第二字符集多出的字符。
将输入字符由大写转换为小写

[root@localhost ~]# echo "KGC" | tr 'A-Z' 'a-z'
kgc

压缩输入中重复的字符

[root@localhost ~]# echo "thissss is	a text linnnnnnne." | tr -s 'sn'
this is a text line.

删除字符串中某些字符

[root@localhost ~]# echo 'hello world' | tr -d 'od'
hell wrl

---

1. a-z ↩︎