正則表達(dá)式可以說是軟件開發(fā)中最常用的功能之一。本文將以C 語言為例，介紹其中的正則表達(dá)式相關(guān)知識。
前言 當(dāng)你想要判斷許多字符串是否符合某個特定格式；當(dāng)你想在一大段文本中查找出所有的日期和時間；當(dāng)你想要修改大量日志中所有的時間格式，在這些情況下，正則表達(dá)式都能幫上忙。簡單來說，正則表達(dá)式描述了一系列規(guī)則，通過這些規(guī)則，可以在字符串中找到相關(guān)的內(nèi)容，規(guī)則使得搜索的能力更加強(qiáng)大。匹配的過程由正則表達(dá)式引擎完成。開發(fā)者通常不需要關(guān)心正則表達(dá)式引擎的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，直接使用其提供的能力即可。正則表達(dá)式非常的常用，但真正精通它的人卻不多。本文試圖給大家講解一些對于C 語言使用正則表達(dá)式的基礎(chǔ)知識。
代碼示例 本文中所貼出的代碼示例可以到我的Github上獲?。?span>paulQuei/cpp-regex
[1] 。或者，你也可以直接通過下面這條命令獲取所有源碼：
git clone https://github.com/paulQuei/cpp-regex.gitC 中正則表達(dá)式的API基本上都位于頭文件中。為了簡化書寫，本文中給出的代碼都已經(jīng)默認(rèn)做了以下操作：
#include? #include? 入門示例 為了使大家有一個直觀的感受，文章的開頭先通過一些入門示例給大家一個直觀的感受。在這個基礎(chǔ)之上，再詳細(xì)講解其中的細(xì)節(jié)。使用正則表達(dá)式的大致流程如下：首先你有一段需要處理的文本。這可能是一個字符串對象，也可能是一個文本文件，或者是一大堆日志。接下來你會有特定的目標(biāo)，例如：找出文本中所有的時間和日期。這個時候你就需要根據(jù)可能的格式寫出具體的正則表達(dá)式，例如，日期的格式是：2020-01-01，那么你的正則表達(dá)式可能是這樣：
\d{4}-\d{2}-\d{2}。（你現(xiàn)在不必糾結(jié)與這個正則表達(dá)式是什么意思，因?yàn)檫@是本文接下來要講解的內(nèi)容。）有了正則表達(dá)式之后，你需要將你的文本和正則表達(dá)式交給正則表達(dá)式引擎 – 由C 語言（或者其他語言）提供。引擎會在文本中搜索到匹配的結(jié)果。這個結(jié)果的格式可能是包含了多個組，例如：你可能需要分離出年份和月份。有了引擎返回的結(jié)果之后，你就可以進(jìn)一步處理了。
img 使用正則表達(dá)式的流程大體都是一致的，下面是最常見的三種使用方式。
匹配 匹配是判斷給定的字符串是否符合某個正則表達(dá)式。例如：你想判斷當(dāng)前文本是否全部由數(shù)字構(gòu)成。下面是一段代碼示例：
string?s1?=?"ab123cdef" ;?//?①"123456789" ;?//?②"\\d " );?//?③在這段代碼中：
這是一個包含了數(shù)字和字母的字符串 這是一個只包含了數(shù)字的字符串 這是我們的正則表達(dá)式，它表示：有多個數(shù)字 通過regex_match判斷第一個字符串是否匹配，這里將返回false 通過regex_match判斷第二個字符串是否匹配，這里將返回true 這段代碼輸出如下：
ab123cdef?is?all?digit:?0請注意，正則表達(dá)式有它自身的語法。這與C 的語法是兩回事。C 編譯器只會檢查C 代碼的語法。因此，即便你的代碼通過了C 編譯器的語法檢查，但在運(yùn)行的時候，由于正則表達(dá)式的語義，還可能出現(xiàn)正則表達(dá)式的錯誤。正則表達(dá)式的錯看起來類似這樣：terminating with uncaught exception of type std::__1::regex_error: The expression contained an invalid escaped character, or a trailing escape.。 搜索 還有一些時候，我們要判斷的并非是文本的全體是否匹配。而是在一大段文本中搜索匹配的目標(biāo)。下面是一段代碼示例，這段示例演示了在一個字符串中查找數(shù)字：
string?s?=?"ab123cdef" ;?//?①"\\d " );????//?②這是一個包含了數(shù)字和字母的字符串 和前面一樣的正則表達(dá)式 通過std::smatch來保存匹配的結(jié)果。除了std::smatch，還有std::cmatch也很常用。前者是以std::string的形式返回結(jié)果，后者是以const char*的形式返回結(jié)果。 通過regex_search函數(shù)搜索結(jié)果 打印出匹配的結(jié)果 這段代碼輸出如下：
ab123cdef?contains?digit:?123替換 最后，使用正則表達(dá)式的還有一個常見功能是文本替換。很多的編輯器都有這樣的功能。例如，下圖是我的Sublime編譯器，在搜索替換文本的時候，可以使用正則表達(dá)式，這時搜索的能力就更加強(qiáng)大了?！癋ind：”部分可以通過正則表達(dá)式來描述待替換的字符串，“Replace:”部分填寫替換的字符串。
img 下面是在C 中使用正則表達(dá)式完成字符串替換的代碼示例：
string?s?=?"ab123cdef" ;?//?①"\\d " );????//?②"xxx" );?//?③仍然是前面這個字符串 仍然是同樣的正則表達(dá)式 通過regex_replace完成替換 通過cout輸出結(jié)果 最終輸出的字符串如下：
abxxxcdef通過上面的三個示例我們看到，
regex_match，
regex_search和
regex_replace三個函數(shù)是正則表達(dá)式的核心，它們會運(yùn)行正則表達(dá)式引擎完成匹配，查找和替換任務(wù)。
正則表達(dá)式文法 文法 C 中內(nèi)置了多種正則表達(dá)式文法，在創(chuàng)建正則表達(dá)式的時候可以通過參數(shù)來選擇。它們?nèi)缦卤硭荆?/p>
文法 說明 ECMAScript ECMAScript正則表達(dá)式語法 [2] ，默認(rèn)選項(xiàng)basic 基礎(chǔ)POSIX正則表達(dá)式語法 [3] extended 擴(kuò)展POSIX正則表達(dá)式語法 [4] awk awk工具的正則表達(dá)式語法 [5] grep grep工具的正則表達(dá)式語法 [6] egrep grep工具的正則表達(dá)式語法 [7]
不同的文法在表達(dá)上有一些不同，如果你原先已經(jīng)很熟悉awk或者egrep文法的正則表達(dá)式，你可以直接使用它們。對于其他人來說，我們直接使用默認(rèn)的ECMAScript文法即可（Javascript的正則表達(dá)式也是使用ECMAScript文法）。
grep的全稱是Global Regular Expression Print。這個名字是在提示我們，它本身與正則表達(dá)式的歷史有著特定的聯(lián)系。 C 中的 ECMAScript 正則表達(dá)式文法是?
ECMA-262 文法 [8] ，你可以點(diǎn)擊鏈接查看詳細(xì)內(nèi)容。下文中，我們僅會講解該標(biāo)準(zhǔn)下的正則表達(dá)式。
Raw string literal 在代碼中寫字符串有時候是比較麻煩的，因?yàn)楹芏嘧址枰ㄟ^反斜杠轉(zhuǎn)義。當(dāng)有多個反斜杠連在一起時，就很容易寫錯或者理解錯了。當(dāng)通過字符串來寫正則表達(dá)式時，這個問題就更嚴(yán)重了。因?yàn)檎齽t表達(dá)式本身也有一些字符需要轉(zhuǎn)義。例如，對于這樣一個字符串?
"('(?:[^\\\\']|\\\\.)*'|\"(?:[^\\\\\"]|\\\\.)*\")|"?大部分人恐怕很難一眼看出其含義了。在正則表達(dá)式很復(fù)雜的時候，推薦大家使用Raw string literal來表達(dá)。這種表達(dá)式是告訴編譯器：這里的內(nèi)容是純字符串，因此不再需要增加反斜杠來轉(zhuǎn)義特殊字符。Raw string literal的格式如下：
R"delimiter(raw_characters)delimiter" 這其中：
delimiter是可選的分隔符，通常不用寫 raw_characters是具體的字符串 也就是說，
R"(content)"中的
content是你需要的字符串本身。下面是一個代碼示例：
string?s?=?R"(" \w\\w\\\w)";cout?< 它將輸出：
"\w\\w\\\w 可以看到，這里的雙引號和反斜杠不會被解釋成轉(zhuǎn)義字符，而是當(dāng)成字符串內(nèi)容本身，因此會原樣輸出。這樣就減少了轉(zhuǎn)義字符的復(fù)雜度，于是更容易理解了。
特殊字符 正則表達(dá)式本身定義了一些特殊的字符，這些字符有著特殊的含義。它們?nèi)缦卤硭尽?/p>
字符 說明 . 匹配任意字符 [ 字符類的開始 ] 字符類的結(jié)束 { 量詞重復(fù)數(shù)開始 } 量詞重復(fù)數(shù)結(jié)束 ( 分組開始 ) 分組結(jié)束 \ 轉(zhuǎn)義字符 \ 轉(zhuǎn)義字符自身 * 量詞，0個或者多個 量詞，1個或者多個 ? 量詞，0個或者1個 | 或 ^ 行開始；否定 $ 行結(jié)束 \n 換行 \t Tab符 \xhh hh表示兩位十六進(jìn)展表示的Unicode字符 \xhhhh hhhh表示四位十六進(jìn)制表示的Unicode字符串
這些字符并不少，剛開始接觸可能記不住，但隨著下文的講解，相信你會逐漸熟悉它們。
字符類 字符類，顧名思義：是對字符的分類。例如：1234567890這些都屬于數(shù)字字符類。除此之外，還有其他的分類，它們?nèi)缦卤硭荆?/p>
字符類 簡寫 說明 [[:alnum:]] 字母和數(shù)字 [_[:alnum:]] \w 字母，數(shù)字以及下劃線 [^_[:alnum:]] \W 非字母，數(shù)字以及下劃線 [[:digit:]] \d 數(shù)字 [^[:digit:]] \D 非數(shù)字 [[:space:]] \s 空白字符 [^[:space:]] \S 非空白字符 [[:lower:]] 小寫字母 [[:upper:]] 大寫字母 [[:alpha:]] 任意字母 [[:blank:]] 非換行符的空白字符 [[:cntrl:]] 控制字符 [[:graph:]] 圖形字符 [[:print:]] 可打印字符 [[:punct:]] 標(biāo)點(diǎn)字符 [[:xdigit:]] 十六進(jìn)制的數(shù)字字符
這里我們可以看到：
字符類通過[]作為標(biāo)識，因此這兩個字符是正則表達(dá)式的中的特殊字符。如果是想使用這兩個字符本身，需要對它們進(jìn)行轉(zhuǎn)義。 在[]內(nèi)部，通過[:xxx:]來描述字符類的名稱。 []中可以通過^表示否定，即：字符類的反面。字母，數(shù)字和空白字符由于這些字符類非常常用，因此它們有簡寫的方法。簡寫使得正則表達(dá)式更加簡潔，但表達(dá)的含義是一樣的。 接下來我們看一個代碼示例：
#include? #include?
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