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深入理解 fnmatch 函数的实现

news 来源：原创 2025/5/11 13:03:56

0、背景

fnmatch 函数是 C 标准库和 POSIX 中用于匹配文件路径的工具，它使得我们能够根据模式字符串对文件名进行模式匹配。常见的用途包括在文件系统中查找符合某种模式（如通配符）的文件。例如，fnmatch(“.txt", “file1.txt”) 应该返回 true，而 fnmatch(".txt”, “file1.pdf”) 应该返回 false。该函数中模式和规则和shell中模式的规则类似，该函数可以用做简单的字符串匹配，如果需要复杂的字符串匹配，需要使用正则表达式进行匹配。

1、fnmatch函数概述

fnmatch 函数的原型通常如下：

#include <fnmatch.h>

int fnmatch(const char *pattern, const char *string, int flags);

参数说明：

pattern：这是包含模式匹配的通配符的字符串（例如 *.txt），它指示了要匹配的文件名的模式。
string：要进行匹配的文件名或字符串。
flags：指定匹配的选项（如是否区分大小写，是否支持正则表达式等）。常见的 flags 包括：
FNM_CASEFOLD：忽略大小写。
FNM_PATHNAME：仅匹配路径分隔符（通常是 /）的部分。
FNM_PERIOD：.只能以明文进行匹配，不可以再使用?或*进行匹配。
FNM_NOESCAPE：不允许使用转义字符
返回值：
如果字符串 string 与 pattern 匹配，则返回 0。
如果不匹配，则返回非零值（通常为 1）。
如果出现错误，则返回 -1。
常见用途：
在 Unix/Linux 系统中，它通常用于文件名通配符匹配。
在编写 shell 程序或命令行工具时，经常用来处理文件查找和匹配操作。

2、fnmatch的匹配规则

在深入了解 fnmatch 的实现之前，我们需要理解它如何进行模式匹配。fnmatch 使用的匹配规则类似于传统的 Unix shell 通配符规则。

*：匹配零个或多个字符。
?：匹配一个字符。
[]：匹配指定范围内的一个字符（例如 [a-z] 匹配所有小写字母）。
\：转义字符，允许匹配实际的 *、? 或其他特殊字符。

3、fnmatch 函数的实现原理

该函数的主要工作流程如下：
1、遍历模式字符：逐个检查模式中的字符，根据规则判断是通配符（*、? 等）还是普通字符。
2、处理通配符：

*：可以匹配零个或多个字符，因此需要递归地尝试不同的匹配方式。
?：匹配一个字符，可以直接比较当前字符是否匹配。
[]：检查字符是否在给定范围内。
\：跳过转义字符，匹配下一个字符。
3、字符匹配：当遇到普通字符时，直接比较当前字符和模式字符。
4、返回结果：当所有字符都成功匹配时返回 0；否则返回 1。
下面代码实现了一个简化版的fnmatch函数。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <iostream>

// 匹配函数：简化版 fnmatch 实现
int fnmatch(const char *pattern, const char *string, int flags = 0) {
    while (*pattern) {
        if (*pattern == '*') {
            // '*' 匹配零个或多个字符
            if (*(pattern + 1) == '\0') {
                return 0;  // 如果 '*' 后面没有字符，说明匹配成功
            }
            // 尝试匹配零个或多个字符
            while (*string) {
                if (fnmatch(pattern + 1, string, flags) == 0) {
                    return 0;
                }
                string++;
            }
            return 1;  // 如果没有匹配到，返回 1
        } else if (*pattern == '?') {
            // '?' 匹配一个字符
            if (*string) {
                pattern++;
                string++;
            } else {
                return 1;  // 如果 string 已结束，但模式还没有结束，返回不匹配
            }
        } else if (*pattern == '[') {
            // 字符集匹配，如 [a-z] 或 [0-9]
            const char *closing_bracket = strchr(pattern, ']');
            if (!closing_bracket) {
                return 1;  // 如果没有找到匹配的 ']'
            }

            // 检查字符是否在字符集范围内
            int matched = 0;
            pattern++;  // 跳过 '['
            while (pattern < closing_bracket) {
		if (*pattern == '-') {
		  if(*(pattern-1) != '[' && *(pattern + 1) != ']' && *(pattern - 1) < *string && *(pattern + 1) > *string) {
		     matched = 1;
		     break;
		  }
		} else if (*pattern == *string) {
                    matched = 1;
                    break;
                }
                pattern++;
            }
            if (!matched) {
                return 1;  // 如果字符不在字符集内，返回不匹配
            }
            pattern = closing_bracket + 1;
            string++;
        } else {
            // 普通字符匹配
            if (*pattern == *string) {
                pattern++;
                string++;
            } else {
                return 1;  // 如果普通字符不匹配，返回 1
            }
        }
    }

    // 如果模式和字符串都遍历完，表示完全匹配
    return (*pattern == '\0' && *string == '\0') ? 0 : 1;
}

int main() {
    // 测试用例
    printf("Test 1: %d\n", fnmatch("*.txt", "file.txt"));  // Expected output: 0 (match)
    printf("Test 2: %d\n", fnmatch("file?.txt", "file1.txt"));  // Expected output: 0 (match)
    printf("Test 3: %d\n", fnmatch("file[0-9].txt", "file5.txt"));  // Expected output: 0 (match)
    printf("Test 4: %d\n", fnmatch("file[0-9].txt", "fileA.txt"));  // Expected output: 1 (no match)
    printf("Test 5: %d\n", fnmatch("file?.txt", "file12.txt"));  // Expected output: 1 (no match)
    return 0;
}

4、结论

fnmatch 是一个功能强大的文件名匹配函数，它可以处理常见的通配符模式，并且在许多操作系统中得到了广泛应用。在实现时，它使用递归回溯的方式处理通配符（如 * 和 ?），并且支持字符集范围匹配（[]）。如果是简单的字符串匹配，可以使用这个函数，如果是复杂的字符串匹配，建议使用前面介绍的正则表达式库。因为fastdds源码中用到了这个函数实现字符串匹配，学习总结一下，接下来就要啃fastdds中的核心rtps了，加油，小安。