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正则表达式：文本处理的瑞士军刀
正则表达式（Regular Expression，简称 Regex）是一种用于匹配、查找和操作文本的强大工具。它通过定义一种特殊的字符串模式，可以快速地在文本中搜索、替换或提取符合特定规则的内容。正则表达式广泛应用于编程、文本编辑、数据处理等领域，是每个开发者必备的技能之一。
一、正则表达式的核心概念
1. 模式（Pattern）
正则表达式的核心是一个模式字符串，它定义了需要匹配的文本规则。例如：
\d匹配任意数字（0-9）[a-z]匹配任意小写字母.*匹配任意字符（除换行符外）
2. 匹配（Match）
在目标文本中查找符合模式的内容。例如：
- 正则表达式
\d{3}可以匹配文本中的任意连续3个数字（如 “123”）。
3. 捕获组（Capture Group）
用括号 () 将部分模式括起来，可以提取匹配的子内容。例如：
- 正则表达式
(\d{4})-(\d{2})-(\d{2})可以匹配日期格式 “2023-10-05”，并分别捕获年、月、日。
二、正则表达式的语法规则
1. 基本元字符
| 元字符 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
. | 匹配任意单个字符（除换行符外） | a.c 匹配 “abc” |
\d | 匹配任意数字（0-9） | \d{3} 匹配 “123” |
\w | 匹配字母、数字或下划线 | \w+ 匹配 “hello_123” |
\s | 匹配空白字符（空格、制表符等） | \s+ 匹配 " " |
2. 量词
| 量词 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
* | 匹配前一个元素0次或多次 | a* 匹配 “”、“a”、“aa” |
+ | 匹配前一个元素1次或多次 | \d+ 匹配 “1”、“123” |
? | 匹配前一个元素0次或1次 | a? 匹配 “”、“a” |
{n} | 匹配前一个元素恰好n次 | \d{3} 匹配 “123” |
{n,m} | 匹配前一个元素至少n次，至多m次 | \d{2,4} 匹配 “12”、“1234” |
3. 字符类
| 语法 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
[abc] | 匹配括号内的任意一个字符 | [aeiou] 匹配 “a”、“e” |
[^abc] | 匹配不在括号内的任意字符 | [^0-9] 匹配 “a”、“!” |
[a-z] | 匹配范围内的任意字符 | [A-Za-z] 匹配大写或小写字母 |
4. 边界匹配
| 语法 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
^ | 匹配字符串的开头 | ^Hello 匹配 “Hello world” 的开头 |
$ | 匹配字符串的结尾 | world$ 匹配 “Hello world” 的结尾 |
\b | 匹配单词边界 | \bcat\b 匹配 “cat” 但不匹配 “category” |
三、正则表达式的应用场景
1. 数据验证
- 验证邮箱格式：
^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$ - 验证手机号格式：
^1[3-9]\d{9}$
2. 文本搜索与替换
- 查找所有日期：
\d{4}-\d{2}-\d{2} - 替换HTML标签：
<[^>]+>
3. 数据提取
- 提取URL中的域名：
https?://([^/\s]+) - 提取文本中的所有数字：
\d+
四、正则表达式的编程实现（C++示例）
C++11 引入了 <regex> 库，支持正则表达式操作。以下是一个简单的示例：
#include <iostream>
#include <regex>
#include <string>int main() {std::string text = "Contact us at support@example.com or sales@domain.com.";std::regex emailPattern(R"(\b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Za-z]{2,}\b)");auto words_begin = std::sregex_iterator(text.begin(), text.end(), emailPattern);auto words_end = std::sregex_iterator();std::cout << "Found emails:\n";for (std::sregex_iterator i = words_begin; i != words_end; ++i) {std::smatch match = *i;std::cout << match.str() << '\n';}return 0;
}
输出：
Found emails:
support@example.com
sales@domain.com
五、正则表达式的性能优化
1. 避免贪婪匹配
- 贪婪匹配（默认）：
匹配整个<.*><div>content</div>。 - 非贪婪匹配：
匹配<.*?><div>和</div>两个标签。
2. 预编译正则表达式
在多次使用同一正则表达式时，预编译可以显著提高性能：
std::regex emailPattern(R"(\b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Za-z]{2,}\b)");
3. 使用非捕获组
如果不需要捕获组的内容，使用 (?:...) 可以提高性能：
(?:\d{4})-(?:\d{2})-(?:\d{2})
六、正则表达式的学习资源
-
在线测试工具：
- Regex101
- RegExr
-
经典书籍：
- 《精通正则表达式》（Jeffrey E.F. Friedl）
- 《正则表达式必知必会》
-
练习平台：
- LeetCode 正则表达式题目
- HackerRank Regex Challenges
正则表达式是文本处理的利器，但也需要谨慎使用。掌握其核心语法和优化技巧，可以让你在数据处理中事半功倍！