Java - 正则表达式（看这一篇就够了）

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简介

在编写处理字符串的程序时，经常会有查找符合某些复杂规则的字符串的需要。正则表达式就是用于描述这些规则的工具。换句话说，正则表达式就是记录文本规则的代码。

说明：计算机诞生初期处理的信息几乎都是数值，但是时过境迁，今天我们使用计算机处理的信息更多的时候不是数值而是字符串，正则表达式就是在进行字符串匹配和处理的时候最为强大的工具，绝大多数语言都提供了对正则表达式的支持。

元字符

字符	说明
^	匹配输入字符串的开始位置。如果设置了 RegExp 对象的 Multiline 属性，^ 也匹配 '\n' 或 '\r' 之后的位置。
$	匹配输入字符串的结束位置。如果设置了 RegExp 对象的 Multiline 属性，$ 也匹配 '\n' 或 '\r' 之前的位置。
.	匹配除换行符（\r、\n）之外的任何单个字符。要匹配包括 '\n' 在内的任何字符，请使用"(.|\n)"。
\w	匹配字母、数字、下划线。等价于 [A-Za-z0-9_]。
\W	匹配非字母、数字、下划线。等价于 [^A-Za-z0-9_]。
\s	匹配任何空白字符，包括空格、制表符、换行符等等。等价于 [ \f\n\r\t\v]。
\S	匹配任何非空白字符。等价于 [^ \f\n\r\t\v]。
\b	匹配一个单词边界，也就是指单词和空格间的位置。例如，'er\b' 可以匹配 "never" 中的 'er'，但不能匹配 "verb" 中的 'er'。
\B	匹配非单词边界。'er\B' 能匹配 "verb" 中的 'er'，但不能匹配 "never" 中的 'er'。
\d	匹配一个数字字符。等价于 [0-9]。
\D	匹配一个非数字字符。等价于 [^0-9]。

重复

表达式	说明
?	匹配前面的子表达式零次或一次。例如，"do(es)?" 可以匹配 "do" 或 "does"。? 等价于 {0,1}。
*	匹配前面的子表达式零次或多次。例如，zo* 能匹配 "z" 以及 "zoo"。* 等价于{0,}。
+	匹配前面的子表达式一次或多次。例如，'zo+' 能匹配 "zo" 以及 "zoo"，但不能匹配 "z"。+ 等价于 {1,}。
{n}	n 是一个非负整数。匹配确定的 n 次。例如，'o{2}' 不能匹配 "Bob" 中的 'o'，但是能匹配 "food" 中的两个 o。
{n,}	n 是一个非负整数。至少匹配n 次。例如，'o{2,}' 不能匹配 "Bob" 中的 'o'，但能匹配 "foooood" 中的所有 o。'o{1,}' 等价于 'o+'。'o{0,}' 则等价于 'o*'。
{n,m}	m 和 n 均为非负整数，其中n <= m。最少匹配 n 次且最多匹配 m 次。例如，"o{1,3}" 将匹配 "fooooood" 中的前三个 o。'o{0,1}' 等价于 'o?'。请注意在逗号和两个数之间不能有空格。

字符转义

表达式	说明
\	将下一个字符标记为一个特殊字符、或一个原义字符、或一个向后引用、或一个八进制转义符。例如，'n' 匹配字符 "n"。'\n' 匹配一个换行符。序列 '\\' 匹配 "\" 而 "\(" 则匹配 "("。

字符类

表达式	说明
[xyz]	字符集合。匹配所包含的任意一个字符。例如， '[abc]' 可以匹配 "plain" 中的 'a'。
[^xyz]	负值字符集合。匹配未包含的任意字符。例如， '[^abc]' 可以匹配 "plain" 中的'p'、'l'、'i'、'n'。
[a-z]	字符范围。匹配指定范围内的任意字符。例如，'[a-z]' 可以匹配 'a' 到 'z' 范围内的任意小写字母字符。
[^a-z]	负值字符范围。匹配任何不在指定范围内的任意字符。例如，'[^a-z]' 可以匹配任何不在 'a' 到 'z' 范围内的任意字符。

分枝条件

表达式	说明
x|y	匹配 x 或 y。例如，'z|food' 能匹配 "z" 或 "food"。'(z|f)ood' 则匹配 "zood" 或 "food"。

分组

分类	表达式	说明
捕获	(pattern)	匹配 pattern 并获取这一匹配。所获取的匹配可以从产生的 Matches 集合得到，在VBScript 中使用 SubMatches 集合，在JScript 中则使用 $0…$9 属性。
	(?<name>pattern)	匹配pattern，并捕获文本到名称为name的组里，也可以写成(?'name'exp)。
	(?:pattern)	匹配 pattern 但不获取匹配结果，也就是说这是一个非获取匹配，不进行存储供以后使用。这在使用 "或" 字符 (|) 来组合一个模式的各个部分是很有用。例如， 'industr(?:y|ies) 就是一个比 'industry|industries' 更简略的表达式。
零宽断言	(?=pattern)	正向肯定预查（look ahead positive assert），在任何匹配pattern的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例如，"Windows(?=95|98|NT|2000)"能匹配"Windows2000"中的"Windows"，但不能匹配"Windows3.1"中的"Windows"。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的字符之后开始。
	(?!pattern)	正向否定预查(negative assert)，在任何不匹配pattern的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例如"Windows(?!95|98|NT|2000)"能匹配"Windows3.1"中的"Windows"，但不能匹配"Windows2000"中的"Windows"。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的字符之后开始。
	(?<=pattern)	反向(look behind)肯定预查，与正向肯定预查类似，只是方向相反。例如，"(?<=95|98|NT|2000)Windows"能匹配"2000Windows"中的"Windows"，但不能匹配"3.1Windows"中的"Windows"。
	(?<!pattern)	反向否定预查，与正向否定预查类似，只是方向相反。例如"(?<!95|98|NT|2000)Windows"能匹配"3.1Windows"中的"Windows"，但不能匹配"2000Windows"中的"Windows"。
注释	(?#comment)	这种类型的分组不对正则表达式的处理产生任何影响，用于提供注释让人阅读。

后向引用

使用小括号指定一个子表达式后，匹配这个子表达式的文本(也就是此分组捕获的内容)可以在表达式或其它程序中作进一步的处理。默认情况下，每个分组会自动拥有一个组号，规则是：从左向右，以分组的左括号为标志，第一个出现的分组的组号为1，第二个为2，以此类推。

呃……其实,组号分配还不像我刚说得那么简单：

• 分组0对应整个正则表达式
• 实际上组号分配过程是要从左向右扫描两遍的：第一遍只给未命名组分配，第二遍只给命名组分配－－因此所有命名组的组号都大于未命名的组号
• 你可以使用(?:exp)这样的语法来剥夺一个分组对组号分配的参与权．

后向引用用于重复搜索前面某个分组匹配的文本。例如，\1代表分组1匹配的文本。难以理解？请看示例：

\b(\w+)\b\s+\1\b可以用来匹配重复的单词，像go go, 或者kitty kitty。这个表达式首先是一个单词，也就是单词开始处和结束处之间的多于一个的字母或数字(\b(\w+)\b)，这个单词会被捕获到编号为1的分组中，然后是1个或几个空白符(\s+)，最后是分组1中捕获的内容（也就是前面匹配的那个单词）(\1)。

你也可以自己指定子表达式的组名。要指定一个子表达式的组名，请使用这样的语法：(?<Word>\w+)(或者把尖括号换成'也行：(?'Word'\w+)),这样就把\w+的组名指定为Word了。要反向引用这个分组捕获的内容，你可以使用\k<Word>,所以上一个例子也可以写成这样：\b(?<Word>\w+)\b\s+\k<Word>\b。

匹配模式

• Greediness（贪婪型）：最大匹配

  X?、X*、X+、X{n，} 是最大匹配。例如你要用 “<.+>” 去匹配 “a<tr>aava </tr>abb”，也许你所期待的结果是想匹配 “<tr>”，但是实际结果却会匹配到 “<tr>aava </tr>。

  在 Greediness 的模式下，会尽量大范围的匹配，直到匹配了整个内容，这时发现匹配不能成功时，开始回退缩小匹配范围，直到匹配成功。

• Laziness（勉强型）：最小匹配 

  X??、X*?、X+?、X{n，}? 是最小匹配，其实X{n，m}?和X{n }?有些多余。在 Greediness 模式之后添加 ? 就成最小匹配。

  在 Reluctant 的模式下，只要匹配成功，就不再继续尝试匹配更大范围的内容。

• Possessive（占有型）：完全匹配 

  X?+、X*+、X++、X{n，}+ 是完全匹配，在 Greediness 模式之后添加 + 就成完全匹配。

  Possessive 模式与 Greediness 有一定的相似性，那就是都尽量匹配最大范围的内容，直到内容结束，但与 Greediness 不同的是，完全匹配不再回退尝试匹配更小的范围。

平衡组（递归匹配）

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？

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。

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

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
  [^<>]*            #它后面非括号的内容
  (
      (
        (?'Open'<)  #左括号，压入"Open"
        [^<>]*      #左括号后面的内容
      )+
      (
        (?'-Open'>) #右括号，弹出一个"Open"
        [^<>]*      #右括号后面的内容
      )+
  )*
  (?(Open)(?!))     #最外层的右括号前检查
                    #若还有未弹出的"Open"
                    #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>.

处理选项

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。事实上，为了避免混淆，在最新的 JavaScript 中，单行模式其实名叫 dotAll，意为点可以匹配所有字符，然而在指定该选项时，用的还是 Singleline 的首字母 s.

Java中是如何支持正则表达式操作的？

Java中的String类提供了支持正则表达式操作的方法，包括：matches()、replaceAll()、replaceFirst()、split()。此外，Java中可以用Pattern类表示正则表达式对象，它提供了丰富的API进行各种正则表达式操作，请参考下面的代码。

- 如果要从字符串中截取第一个英文左括号之前的字符串，例如：北京市(朝阳区)(西城区)(海淀区)，截取结果为：北京市，那么正则表达式怎么写？

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;
 
class RegExpTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        String str = "北京市(朝阳区)(西城区)(海淀区)";
        Pattern p = Pattern.compile(".*?(?=\\()");
        Matcher m = p.matcher(str);
        if(m.find()) {
            System.out.println(m.group());
        }
    }
}

说明：上面的正则表达式中使用了懒惰匹配和前瞻。