Java 正则表达式之捕获组

一、概述

1.1 什么是捕获组

捕获组就是把正则表达式中子表达式匹配的内容，保存到内存中以数字编号或显式命名的组里，方便后面引用。当然，这种引用既可以是在正则表达式内部，也可以是在正则表达式外部。

捕获组有两种形式，一种是普通捕获组，另一种是命名捕获组，通常所说的捕获组指的是普通捕获组。语法如下：

普通捕获组：(Expression)
命名捕获组：(?<name>Expression)

普通捕获组在大多数支持正则表达式的语言或工具中都是支持的，而命名捕获组目前只有 .NET、PHP、Python 等部分语言支持，Java 7.0 中提供对这一特性的支持。

另外需要说明的一点是，除(Expression)和(? Expression)语法外，其它的(?...)语法都不是捕获组。

1.2 捕获组编号规则

编号规则指的是以数字为捕获组进行编号的规则，在普通捕获组或命名捕获组单独出现的正则表达式中，编号规则比较清晰，在普通捕获组与命名捕获组混合出现的正则表达式中，捕获组的编号规则稍显复杂。

在展开讨论之前，需要说明的是，编号为0的捕获组，指的是正则表达式整体，这一规则在支持捕获组的语言中，基本上都是适用的。下面对其它编号规则逐一展开讨论。

1.2.1 普通捕获组编号规则

如果没有显式为捕获组命名，即没有使用命名捕获组，那么需要按数字顺序来访问所有捕获组。在只有普通捕获组的情况下，捕获组的编号是按照“(”出现的顺序，从左到右，从 1 开始进行编号的。

正则表达式：(\d{4})-(\d{2}-(\d\d))

上面的正则表达式可以用来匹配格式为 yyyy-MM-dd 的日期，为了在下表中得以区分，月和日分别采用了 \d{2} 和 \d\d 这两种写法。

用以上正则表达式匹配字符串：2008-12-31，匹配结果为：

编号	捕获组	匹配内容
0	(\d{4})-(\d{2}-(\d\d))	2008-12-31
1	(\d{4})	2008
2	(\d{2}-(\d\d))	12-31
3	(\d\d)	31

1.2.2 命名捕获组编号规则

命名捕获组通过显式命名，可以通过组名方便的访问到指定的组，而不需要去一个个的数编号，同时避免了在正则表达式扩展过程中，捕获组的增加或减少对引用结果导致的不可控。

不过容易忽略的是，命名捕获组也参与了编号的，在只有命名捕获组的情况下，捕获组的编号也是按照“(”出现的顺序，从左到右，从 1 开始进行编号的。

正则表达式：(?<year>\d{4})-(?<date>\d{2}-(?<day>\d\d))

用以上正则表达式匹配字符串：2008-12-31

匹配结果为：

编号	命名	捕获组	匹配内容
0		`(?<year>\d{4})-(?<date>\d{2}-(?<day>\d\d))`	2008-12-31
1	year	`(?<year>\d{4})`	2008
2	date	`(?<date>\d{2}-(?<day>\d\d))`	12-31
3	day	`(?<day>\d\d)`	31

1.2.3 普通捕获组与命名捕获组混合编号规则

当一个正则表达式中，普通捕获组与命名捕获组混合出现时，捕获组的编号规则稍显复杂。对于其中的命名捕获组，随时都可以通过组名进行访问，而对于普通捕获组，则只能通过确定其编号后进行访问。

混合方式的捕获组编号，首先按照普通捕获组中“(”出现的先后顺序，从左到右，从1开始进行编号，当普通捕获组编号完成后，再按命名捕获组中“(”出现的先后顺序，从左到右，接着普通捕获组的编号值继续进行编号。

也就是先忽略命名捕获组，对普通捕获组进行编号，当普通捕获组完成编号后，再对命名捕获组进行编号。

正则表达式：(\d{4})-(?<date>\d{2}-(\d\d))

编号	命名	捕获组	匹配内容
0		`(\d{4})-(?<date>\d{2}-(\d\d))`	2008-12-31
1		`(\d{4})`	2008
2	date	`(?<date>\d{2}-(\d\d))`	12-31
3		`(\d\d)`	31

二、捕获组的引用

正则表达式中，对前面捕获组捕获的内容进行引用，称为反向引用；

2.1 反向引用

捕获组捕获到的内容，不仅可以在正则表达式外部通过程序进行引用，也可以在正则表达式内部进行引用，这种引用方式就是反向引用。反向引用的作用通常是用来查找或限定重复，限定指定标识配对出现等等。

对于普通捕获组和命名捕获组的引用，语法如下：

普通捕获组反向引用：\k ，通常简写为\number
命名捕获组反向引用：\k 或者\k'name'

普通捕获组反向引用中 number 是十进制的数字，即捕获组的编号；命名捕获组反向引用中的name为命名捕获组的组名。

三、Java 中使用捕获组

在 Spring Cloud Zuul 中使用网关时，当 serviceId: serviceId-v1 时可自动映射为 v1/serviceId 路径

public PatternServiceRouteMapper serviceRouteMapper() {
    return new PatternServiceRouteMapper(
        "(?<name>^.+)-(?<version>v.+$)", "${version}/${name}");
}

其实现的原理如下：

public void testRegexGroup {
    String serviceId = "serviceId-v1";
    
    Pattern servicePattern = Pattern.compile("(?<name>.+)-(?<version>v.+$)");
    Matcher matcher = servicePattern.matcher(serviceId);
    String route = matcher.replaceFirst("${version}/${name}");
    Assert.assertEquals("v1/serviceId", route);
}

参考：

《JAVA 正则表达式》：https://www.cnblogs.com/xyou/p/7427779.html
《正则基础之——捕获组（capture group）》：https://blog.csdn.net/lxcnn/article/details/4146148

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