正则表达式入门

正则表达式说白了就是一堆约定俗成的匹配规则。如果从微观入手，你会发现有背不完的规则；如果从宏观入手，你会发现万变不离其宗。所以我们将从宏观到微观依次说起，依次为大家总结三大宏观规则、两大微观规则，再附带一部分高级内容。基本可以通过一篇文章让大家理解正则表达式的主要用法。
先说三大宏观规则。

我们用大写字母表示抽象的正则规则，主要讨论正则之间的关系，忽略具体的内容

一、交集规则。
如果有两个正则表达式E和F，那么EF也是一个正则，表示同时匹配E和F的内容。这跟编程中的逻辑与是一个意思，跟集合中的交集也是一个意思。你也可以连接任意多个正则，比如EFGH。
二、并集规则。
如果有两个正则表达式E和F，那么E|F也是一个正则，表示匹配E或者匹配F。这跟编程中的逻辑或是一个意思，跟集合中的并集也是一个意思。 你可以使用|连接任意多个正则表达式，比如E|F|G|H。
如果你要连接非常多的正则，那就得写非常多的竖线，看起来非常乱。所以人们还约定了一种简化记法[EFGH]。也就是你写成[EFGH]跟写成E|F|G|H效果是一样，但前者更简短，更清晰。
三、补集规则
编程有与或非，集合有交并补。正则表达式有没有类似逻辑非或者集合中的补集呢？有，但记法比较复杂。如果你要排除匹配E和F的内容，需要写成[^EF]。
我们已经知道[EF]可以匹配那些匹配E或者匹配F的内空，在前加上一个^表示取反。因为取了反，原来的逻辑或关系变成了逻辑与（具体请参见德摩根定律）。所以[^EF]匹配那些不能匹配E而且不能匹配F的内容。
以上交并补规则单个看都不复杂，但它们可以任意组合，用起来就有点复杂。
比如A|BC|[^D]E表示匹配A或者同时匹配B和C或者不能匹配D但要匹配E的三种内容。这么长的规则只用A|BC|[^D]E就能准确表达，没有任何歧义，这就是正则的魅力。
这里有一个问题。A|BC|[^D]E表示A、BC和[^D]E的并集，还是表示A|BC跟[^D]E并集，还是表示A跟BC|[^D]E的并集呢？这就涉及到结合优先级的问题了。
正确的答案是第一种，被|分割的部分是平级的。如果你想表示A|BC跟[^D]E的并集，那你需要写成(A|BC)|[^D]E。对了，遇事不决加括号！
在前面的讨论中，ABCDE都是抽像的正则，我们并不关心具体的规则内容。而对应的交、并补规则对所有正则都管用。现在我们开始讨论两大微观规则。
第一条，单字符规则。
所谓单字符就是一次匹配一个字符，但字符的取值可能是五花八门。
一个字母a, 一个数字1都是正则，分别匹配包含a和包含1的内容。
如果我们想匹配数字1234，那么根据交集规则，我们写成1234就可以了。
如果我们想匹配所有可能出现的数字，则可以根据并集规则写成0|1|2|3|4|5|6|7|8|9。是不有点长。我们可以简化成[0123456789]。一下子少了很多坚线。
慢着，如果想匹配所有可能出现的小写字母呢？难不成要写成[abc此处省略20个字母xyz]？太长了😂
正则表达式为此提供了一种更加简化方法——连字符，可以使用减号-表示连续出现的字符，只需写出头尾。所以我们可以把[0123456789]进一步简化成[0-9]，把[abc...xyz]简化成[a-z]。
如果要匹配所有字母，不区分大小写，可以写成[a-zA-Z]，如果还想顺手匹配所有数字，可以写成[a-zA-Z0-9]。
因为[0-9]很常用，大家又进一步简化成了\d（对应单词 digit）。并非所有的正则引擎都支持这个\d，有的默认不支持，需要开启 perl 兼容的正则引擎才行。
因为[a-zA-Z]也很常用，大家就把它简化成\a（对应单词 alpha）。
同样的，如果想匹配大小写字母、数字和下划线（也就是所有单词字符），可以写成[a-zA-Z0-9_]。也是因为太常用，大家将其简化为\w（对应单词 word）。
如果想匹配一些空白字符，可以写成[ \t\r\n\v\f]，这个正则会匹配空格、水平制表符、回车、换行、 垂直制表符和 Page break 记。这里用到了跟 c 语言 printf 函数一样的转义字符。同样因为使用广泛，被简化为\s（对应单词 space）。
我们说过，正则支持取反操作。[0-9]表示匹配所有数字，那[^0-9]就表示匹配所有非数字字符。因为使用广泛，人们将其简写成\D。大家注意，[0-9]简写成\d（小写字母），对应的[^0-9]简写成\D（大写字母）。以此类推，\a取反是\A、\w取反是\W、\s取反是\S。一下子都记住了吧。
有了连字符和并集规则，理论上我们可以匹配所有字符。但是 Unicode 有上百万字符，难道我们都要写到方括号里吗？不能够。
我们可以利用取反操作。只要排除少量不常用字符，就可以匹配剩下的大多数字符了。但排除哪个呢？最终人们决定排除\n。为什么呢？因为一般而言，正则都是逐行匹配的，一次匹配一行内容，不会遇到换行符。最终可以用[^\n]表示匹配所有字符。同样因为太常用，这一写法被简化成句点.。 也就是说在正则表达式中，一个.可以匹配\n以外的所有字符。
最后需要额外说一下字符反斜杠\。我们前面提到的\d、\w都使用反斜杠进行转义。如果要匹配\就得写成\\。因为好多语言的字符串也是使用反斜杠进行转义（比如用\n表示换行），所以你会在代码中看到像"\\\\"这样的写法。如果你是初学者，一定会这样的鬼画符吓到。其实很简单。 第一个反斜杠用于转义第二个反斜杠，表示一个反斜杠字符；第三个转义第四个。第一个和第三个反斜杠是给语言编译器用的。如果你用printf之类的函数将这段打印到标准输出，你会看到\\，又是两个反斜杠。 这次转义是给正则引擎用的，用于表示匹配\这个字符。
那么多斜杠确实容易出错。好多语言都提供所谓 raw 字符串，这种字符串不支持转义功能，也就不需要写额外的反斜杠。比如在 go 语言中"\\\\"可以写成\` （注意两侧的`）是不是清爽多了🤪。<br />以上基本上就是单字符规则的所有内容。下面我们继续讨论**第二条，多字符规则**。<br />如果想匹配两位数字，可以利用交集规则，写成\d\d，此正则会先匹配一个数字再匹配一个数字，最终匹配的是两位数字。如果想匹配三位数字，需要写成\d\d\d，四位数字写成\d\d\d\d`。
那如果想匹配一位或者两位数字或者三位数字或者四位数字（也就是四位以内的数字），需要写成

\d|\d\d|\d\d\d|\d\d\d\d

有点长，但是 it works！如果想匹配所有的八位以内的数字呢？那就得写很长很长了。为此，人们又想了个简化的办法。这次引入了大括号{}。
刚才的正则是可以简化成\d{1,4}，展开就是\d|\d\d|\d\d\d|\d\d\d\d。大括号中第一个数字表示最短匹配的次数，第二个数字表示最长匹配的次数。
如果想匹配八位以内的数字，就可以写成\d{1,8}，是不是很简洁呢？
如果只想匹配一个八位数，则可以写成\d{8,8}。重复写两个8好像有点多余，还是简化成\d{8}吧。
那能不能匹配任意长度的数字呢？ 理论上应该写成\d{1,∞}，只是这个∞不好写，干脆省略，写成\d{1,}算了。所以\d{1,}表示可以匹配一位、两位、一直到任意长度的数字。也就是说{1,}表示前面的匹配内容至少出现一次。因为这个至少出现一次也是特别常用，人们又进一步将其简化成+，最终我们的正则变成了\d+，优雅的不行。
那能不能实现匹配出现零次这种语义呢？ 可以，只要将大括号内第一个数字写成0就行。所以a{0,}可以匹配a、aa……aaaa……等各种情况。也就是说{0,}表示前面的匹配的内容出现多次或者不出现。 同样十分常用，被人们简化成了*。所以原来的正则可以简化成a*。
最后就是{0,1}这种情况了，显然表示出现零次或者一次。 不用说，懒人们将其简化成了?。所以ab?只能匹配a和ab两种情况。
看到这里，你基本已经理解了正则的常用功能。如果还不确定，就返回去再读几遍。最后我们引申出一些高级内容。
先说一下贪心。
给定一段 html <h1>this is a title</h1><p>this is content</p>。
如果我们想匹配h1标签的内容，我们可以写成<h1>.*</h1>。这里写了两遍h1。 显然，不想重复。我看到/h1后面有一个>，我能不能将正则改成<h1>.*>呢？
大家可以自己试一下。正则引擎会一直匹配到</p>里面的>。这是为什么呢？因为正则表达式默认使用贪心模式，一次性匹配尽可能长的内容。所以在找到/h1后面的>之后还会继续向前找。
那有办法修正这种行为吗？有，使用?。你可以将正则改为<h1>.*?>，这样引擎就会在第一次遇到>的地方停下来。这里的?跟之前说的「出现零次或一次」可不是一个意思哈。跟在*后面表示非贪心模式。其实也是为了避免引入太多的特殊符号，所以复用了?，这一定程度上会给初学者带来困扰。没办法，大家只能克服了。
再说一下引用。
给定一段 html <h1>this is a title</h1><h1>this is content</h2>。这里第二个<h1>没有闭合，结束标签写成了h2。如果只想匹配正常结束的h1，那可以写成<(h1)>.*</\1>。
这里有两点。第一，前面的h1两边加了括号。第二，在结尾的地方使用了\1来引用前面加括号的内容。 正则引擎会为每个括号分配一个编号（从1开始记数），并记录括号的内容，大家可以使用\+数字的方式来引用。这样的正则等价于<h1>.*</h1>。
咋一看也没什么大不了的。但如果要匹配很多成对标签的话，引用的优势就体现出来了。例如<(h1|p|artice|div)>.*?</\1>可以匹配h1、p、article和div四种闭合标签。Do not repeat yourself.
最后说一下环视。
环视说起来有点抽像 。例子不太好举，这里我引用 stack over flow 的一篇回答内容。
比如我们有字符串foobarbarfoo。下面我将用大写字母表示想要匹配的内容。为了跟英语原文对应，我们规定当前字符右边为前（未处理），左边为后（已处理）。
如果只想匹配第一个出现的bar，也就是fooBARbarfoo。肯定不能只写成bar，因为第二个bar也会匹配到。我们希望正则引擎在每碰到一个bar的时候继续向前（右）看看还有没有bar，如果还有则说明不是第一个。所以，需要写成bar(?=bar)。 括号里以?开头，=表示检查是否出现， 因为是继续向前（右）看，所以叫做前向肯定环视（Look ahead positive）。
如果想匹配第二个bar也就是foobarBARfoo，则需要写成bar(?!bar)。也就是说查到bar只后还要继续向前（右）看，没有bar才算匹配到。因为是没有，所以叫前向否定环视（Look ahead negative）。
我还可以通过向后（左）看的办法来解决类似的问题。
如果想匹配第一个bar,也就是fooBARbarfoo，我们可以写成(?<=foo)bar，这是告诉正则引擎在找到bar之后还要回顾一下有没有遇到foo，只有碰到才算匹配成功。因为需向后（左）确定匹配成功，所以叫后向肯定环视（Look behind positive）。
如果想匹配第二个bar，也就是foobarBARfoo，我们可以写成(?<!foo)bar，这是让引擎在找到bar之后回顾一下有没有遇到过foo，没有碰到才算匹配成功。因为需要向后（左）确定匹配不成功，所以叫后向否定环视（Look behind negative）。
我们稍微回顾一下。所有的环视都需要用括号括起来，以?开始。匹配之后继续向前（右）检查叫前叫前向环视，如果需要确保另一模式也匹配，叫肯定环视，用=，否则是否定环视，用!；匹配之后继续向后（左）检查叫后向环视，为了跟前向有所区别，所以在?之后加了一个<，为大家指明方向，肯定和否标记则跟前向一样。
理解了环视，我们还可以做一些更有意思的事情。
第一个，可以匹配单词的边界。一个单词两边都有空格。单词的左边界是一个虚拟的位置，它右边的字符肯定是匹配\w，它左边的内容肯定匹配\W。我们可以要求正则引擎同时向前看和向后看。所以可以写成(?<=\W)(?=\w)。这里两个括号之间是空的，表示只匹配位置，不消耗内容。同样的，右边的边界也是个虚拟位置，它左边的字符肯定是匹配\w，它右边的字符肯定匹配\W的位置，所以可以写成(?<=\w)(?=\W)。把这两个正则使用并集规则合到一起就是(?<=\W)(?=\w)|(?<=\w)(?=\W)，就可以匹配单词的左右边界。同样因为常用，人们把它简化成了\b。
也就是说\b匹配单词边界。正则\bbar只会匹配字符串foo bar中的bar，而不会匹配foobar中的bar。
第二个，可以匹配一行的开始和结束。一行的开始，顾名思义，就是第一个字符之前的位置，在它之前没有字符，在它之后是任意字符，所以我们可以写成(?<!.)(?=.)。对于一行的结束，我们可以如法炮制，写成(?<=.)(?!.)。同样因为常用，此二者被分别简化成了^和$。

因为一行的开始跟结束非常特殊，正则引擎可以直接标记，根本用不到环视这样的大招。 我将它们放到一起讲只是为了逻辑上的统一。

差不多该搁笔了。所谓言有尽而意无穷。我们讲重构、讲抽象，说到底就是要站在更高的视角看问题，要有全局意识，要有大局观。学习正则就是一个很好的例子，如果不从整体上去认识它，就会陷入死记硬背各种模式境地，费时费力容易出错不说，最关键的是会消磨你的学习热情。所以，我们在埋头学习的时候一定要时常浮出水面透透气，多思考、多总结，这样才能事半功倍。与君共勉💯