正则表达式学习（三）
零宽断言
地球人，是不是觉得这些术语名称太复杂，太难记了？我也有同感。知道有这么一种东西就行了，它叫什么，随它去吧！人若无名，便可专心练剑；物若无名，便可随意取舍……
接下来的四个用于查找在某些内容(但并不包括这些内容)之前或之后的东西，也就是说它们像\b,^,$那样用于指定一个位置，这个位置应该满足一定的条件(即断言)，因此它们也被称为零宽断言。最好还是拿例子来说明吧：
注：断言用来声明一个应该为真的事实。正则表达式中只有当断言为真时才会继续进行匹配。
(?=exp)也叫零宽度正预测先行断言，它断言自身出现的位置的后面能匹配表达式exp。比如\b\w+(?=ing\b)，匹配以ing结尾的单词的前面部分(除了ing以外的部分)，如查找I'm singing while you're dancing.时，它会匹配sing和danc。
(?<=exp)也叫零宽度正回顾后发断言，它断言自身出现的位置的前面能匹配表达式exp。比如(?<=\bre)\w+\b会匹配以re开头的单词的后半部分(除了re以外的部分)，例如在查找reading a book时，它匹配ading。
假如你想要给一个很长的数字中每三位间加一个逗号(当然是从右边加起了)，你可以这样查找需要在前面和里面添加逗号的部分：((?<=\d)\d{3})+\b，用它对1234567890进行查找时结果是234567890。
下面这个例子同时使用了这两种断言：(?<=\s)\d+(?=\s)匹配以空白符间隔的数字(再次强调，不包括这些空白符)。
负向零宽断言
前面我们提到过怎么查找不是某个字符或不在某个字符类里的字符的方法(反义)。但是如果我们只是想要确保某个字符没有出现，但并不想去匹配它时怎么办？例如，如果我们想查找这样的单词--它里面出现了字母q,但是q后面跟的不是字母u,我们可以尝试这样：
\b\w*q[^u]\w*\b匹配包含后面不是字母u的字母q的单词。但是如果多做测试(或者你思维足够敏锐，直接就观察出来了)，你会发现，如果q出现在单词的结尾的话，像Iraq,Benq，这个表达式就会出错。这是因为[^u]总要匹配一个字符，所以如果q是单词的最后一个字符的话，后面的[^u]将会匹配q后面的单词分隔符(可能是空格，或者是句号或其它的什么)，后面的\w*\b将会匹配下一个单词，于是\b\w*q[^u]\w*\b就能匹配整个Iraq fighting。负向零宽断言能解决这样的问题，因为它只匹配一个位置，并不消费任何字符。现在，我们可以这样来解决这个问题：\b\w*q(?!u)\w*\b。
零宽度负预测先行断言(?!exp)，断言此位置的后面不能匹配表达式exp。例如：\d{3}(?!\d)匹配三位数字，而且这三位数字的后面不能是数字；\b((?!abc)\w)+\b匹配不包含连续字符串abc的单词。
同理，我们可以用(?<!exp),零宽度负回顾后发断言来断言此位置的前面不能匹配表达式exp：(?<![a-z])\d{7}匹配前面不是小写字母的七位数字。
注：请详细分析表达式(?<=<(\w+)>).*(?=<\/\1>)，这个表达式最能表现零宽断言的真正用途。
一个更复杂的例子：(?<=<(\w+)>).*(?=<\/\1>)匹配不包含属性的简单HTML标签内里的内容。(?<=<(\w+)>)指定了这样的前缀：被尖括号括起来的单词(比如可能是<b>)，然后是.*(任意的字符串),最后是一个后缀(?=<\/\1>)。注意后缀里的\/，它用到了前面提过的字符转义；\1则是一个反向引用，引用的正是捕获的第一组，前面的(\w+)匹配的内容，这样如果前缀实际上是<b>的话，后缀就是</b>了。整个表达式匹配的是<b>和</b>之间的内容(再次提醒，不包括前缀和后缀本身)。
注释
小括号的另一种用途是通过语法(?#comment)来包含注释。例如：2[0-4]\d(?#200-249)|25[0-5](?#250-255)|[01]?\d\d?(?#0-199)。
要包含注释的话，最好是启用"忽略模式里的空白符"选项，这样在编写表达式时能任意的添加空格，Tab，换行，而实际使用时这些都将被忽略。启用这个选项后，在#后面到这一行结束的所有文本都将被当成注释忽略掉。例如，我们可以前面的一个表达式写成这样：
(?<= # 断言要匹配的文本的前缀
<(\w+)> # 查找尖括号括起来的字母或数字(即HTML/XML标签)
) # 前缀结束
.* # 匹配任意文本
(?= # 断言要匹配的文本的后缀
<\/\1> # 查找尖括号括起来的内容：前面是一个"/"，后面是先前捕获的标签
) # 后缀结束
贪婪与懒惰
当正则表达式中包含能接受重复的限定符时，通常的行为是（在使整个表达式能得到匹配的前提下）匹配尽可能多的字符。以这个表达式为例：a.*b，它将会匹配最长的以a开始，以b结束的字符串。如果用它来搜索aabab的话，它会匹配整个字符串aabab。这被称为贪婪匹配。
有时，我们更需要懒惰匹配，也就是匹配尽可能少的字符。前面给出的限定符都可以被转化为懒惰匹配模式，只要在它后面加上一个问号?。这样.*?就意味着匹配任意数量的重复，但是在能使整个匹配成功的前提下使用最少的重复。现在看看懒惰版的例子吧：
a.*?b匹配最短的，以a开始，以b结束的字符串。如果把它应用于aabab的话，它会匹配aab（第一到第三个字符）和ab（第四到第五个字符）。
注：为什么第一个匹配是aab（第一到第三个字符）而不是ab（第二到第三个字符）？简单地说，因为正则表达式有另一条规则，比懒惰／贪婪规则的优先级更高：最先开始的匹配拥有最高的优先权——The match that begins earliest wins。
表5.懒惰限定符 |
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代码/语法 |
说明 |
*? |
重复任意次，但尽可能少重复 |
+? |
重复1次或更多次，但尽可能少重复 |
?? |
重复0次或1次，但尽可能少重复 |
{n,m}? |
重复n到m次，但尽可能少重复 |
{n,}? |
重复n次以上，但尽可能少重复 |
处理选项
上面介绍了几个选项如忽略大小写，处理多行等，这些选项能用来改变处理正则表达式的方式。下面是.Net中常用的正则表达式选项：
表6.常用的处理选项 |
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名称 |
说明 |
IgnoreCase(忽略大小写) |
匹配时不区分大小写。 |
Multiline(多行模式) |
更改^和$的含义，使它们分别在任意一行的行首和行尾匹配，而不仅仅在整个字符串的开头和结尾匹配。(在此模式下,$的精确含意是:匹配\n之前的位置以及字符串结束前的位置.) |
Singleline(单行模式) |
更改.的含义，使它与每一个字符匹配（包括换行符\n）。 |
IgnorePatternWhitespace(忽略空白) |
忽略表达式中的非转义空白并启用由#标记的注释。 |
ExplicitCapture(显式捕获) |
仅捕获已被显式命名的组。 |
一个经常被问到的问题是：是不是只能同时使用多行模式和单行模式中的一种？答案是：不是。这两个选项之间没有任何关系，除了它们的名字比较相似（以至于让人感到疑惑）以外。
注：在C#中，你可以使用Regex(String, RegexOptions)构造函数来设置正则表达式的处理选项。如：Regex regex = new Regex(@"\ba\w{6}\b", RegexOptions.IgnoreCase);
平衡组/递归匹配
这里介绍的平衡组语法是由.Net Framework支持的；其它语言／库不一定支持这种功能，或者支持此功能但需要使用不同的语法。
有时我们需要匹配像( 100 * ( 50 + 15 ) )这样的可嵌套的层次性结构，这时简单地使用\(.+\)则只会匹配到最左边的左括号和最右边的右括号之间的内容(这里我们讨论的是贪婪模式，懒惰模式也有下面的问题)。假如原来的字符串里的左括号和右括号出现的次数不相等，比如( 5 / ( 3 + 2 ) ) )，那我们的匹配结果里两者的个数也不会相等。有没有办法在这样的字符串里匹配到最长的，配对的括号之间的内容呢？
为了避免(和\(把你的大脑彻底搞糊涂，我们还是用尖括号代替圆括号吧。现在我们的问题变成了如何把xx <aa <bbb> <bbb> aa> yy这样的字符串里，最长的配对的尖括号内的内容捕获出来？
这里需要用到以下的语法构造：
- (?'group') 把捕获的内容命名为group,并压入堆栈(Stack)
- (?'-group') 从堆栈上弹出最后压入堆栈的名为group的捕获内容，如果堆栈本来为空，则本分组的匹配失败
- (?(group)yes|no) 如果堆栈上存在以名为group的捕获内容的话，继续匹配yes部分的表达式，否则继续匹配no部分
- (?!) 零宽负向先行断言，由于没有后缀表达式，试图匹配总是失败
如果你不是一个程序员（或者你自称程序员但是不知道堆栈是什么东西），你就这样理解上面的三种语法吧：第一个就 是在黑板上写一个"group"，第二个就是从黑板上擦掉一个"group"，第三个就是看黑板上写的还有没有"group"，如果有就继续匹配yes部 分，否则就匹配no部分。
我们需要做的是每碰到了左括号，就在压入一个"Open",每碰到一个右括号，就弹出一个，到了最后就看看堆栈是否为空－－如果不为空那就证明左括号比右括号多，那匹配就应该失败。正则表达式引擎会进行回溯(放弃最前面或最后面的一些字符)，尽量使整个表达式得到匹配。
< #最外层的左括号
[^<>]* #最外层的左括号后面的不是括号的内容
(
(
(?'Open'<) #碰到了左括号，在黑板上写一个"Open"
[^<>]* #匹配左括号后面的不是括号的内容
)+
(
(?'-Open'>) #碰到了右括号，擦掉一个"Open"
[^<>]* #匹配右括号后面不是括号的内容
)+
)*
(?(Open)(?!)) #在遇到最外层的右括号前面，判断黑板上还有没有没擦掉的"Open"；如果还有，则匹配失败
> #最外层的右括号
平衡组的一个最常见的应用就是匹配HTML,下面这个例子可以匹配嵌套的<div>标签：<div[^>]*>[^<>]*(((?'Open'<div[^>]*>)[^<>]*)+((?'-Open'</div>)[^<>]*)+)*(?(Open)(?!))</div>.
还有些什么东西没提到
上边已经描述了构造正则表达式的大量元素，但是还有很多没有提到的东西。下面是一些未提到的元素的列表，包含语法和简单的说明。你可以在网上找到更 详细的参考资料来学习它们--当你需要用到它们的时候。如果你安装了MSDN Library,你也可以在里面找到.net下正则表达式详细的文档。这里的介绍很简略，如果你需要更详细的信息，而又没有在电脑上安装MSDN Library,可以查看关于正则表达式语言元素的MSDN在线文档。
表7.尚未详细讨论的语法 |
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代码/语法 |
说明 |
\a |
报警字符(打印它的效果是电脑嘀一声) |
\b |
通常是单词分界位置，但如果在字符类里使用代表退格 |
\t |
制表符，Tab |
\r |
回车 |
\v |
竖向制表符 |
\f |
换页符 |
\n |
换行符 |
\e |
Escape |
\0nn |
ASCII代码中八进制代码为nn的字符 |
\xnn |
ASCII代码中十六进制代码为nn的字符 |
\unnnn |
Unicode代码中十六进制代码为nnnn的字符 |
\cN |
ASCII控制字符。比如\cC代表Ctrl+C |
\A |
字符串开头(类似^，但不受处理多行选项的影响) |
\Z |
字符串结尾或行尾(不受处理多行选项的影响) |
\z |
字符串结尾(类似$，但不受处理多行选项的影响) |
\G |
当前搜索的开头 |
\p{name} |
Unicode中命名为name的字符类，例如\p{IsGreek} |
(?>exp) |
贪婪子表达式 |
(?<x>-<y>exp) |
平衡组 |
(?im-nsx:exp) |
在子表达式exp中改变处理选项 |
(?im-nsx) |
为表达式后面的部分改变处理选项 |
(?(exp)yes|no) |
把exp当作零宽正向先行断言，如果在这个位置能匹配，使用yes作为此组的表达式；否则使用no |
(?(exp)yes) |
同上，只是使用空表达式作为no |
(?(name)yes|no) |
如果命名为name的组捕获到了内容，使用yes作为表达式；否则使用no |
(?(name)yes) |
同上，只是使用空表达式作为no |
网上的资源及本文参考文献
- 精通正则表达式（第3版）
- 微软的正则表达式教程
- System.Text.RegularExpressions.Regex类(MSDN)
- 专业的正则表达式教学网站(英文)
- 关于.Net下的平衡组的详细讨论（英文）