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Perl中的模式匹配学习笔记

Perl正则表达式用于字符串模式匹配,通过=~和!~操作符检验匹配。特殊字符如+、[]、*、?、锚点、变量替换及转义符增强灵活性。匹配选项包括全局、忽略大小写、多行等。替换操作符s///支持替换,翻译操作符tr///实现字符一对一替换。

正则表达式在Perl中堪称字符串处理的灵魂利器。简单来说,模式(Pattern)就是你想在字符串中寻找的特定字符序列,通常用反斜线包裹起来,比如/def/就是匹配字符串中的"def"。它的典型用法是和split函数配合,把一行文本按某种模式拆分成单词数组:@array = split(/ /, $line);。这个基础操作打天下无数,但真正的威力远不止于此。

Perl中的模式匹配学习笔记

二、匹配操作符 =~ 和 !~

=~是Perl匹配的“试金石”——它检验某个字符串是否包含指定的模式。例如$result = $var =~ /abc/;,如果在$var中找到了"abc",就返回非零值(true),否则返回0(false)。与之相反的!~则在匹配失败时返回真。这两个操作符最常用的场景就是条件判断,比如:

复制代码 代码如下:
if ($question =~ /please/) {
print ("Thank you for being polite!n");
}
else {
print ("That was not very polite!n");
}

三、模式中的特殊字符

Perl在模式里加入了一堆“特工级”字符,让匹配变得灵活到飞起。下面一个个来拆解。

1. 字符 +

+表示“一个或多个”相同的字符。比如/de+f/能匹配def、deef、deeeeef……它会“贪婪”地吃掉尽可能多的相同字符。举个例子,/ab+/在字符串"abbc"中匹配的是"abb"而不是"ab"。这个特性在处理多空格分割时特别实用:@array = split (/ +/, $line);。不过有个小坑:split函数每次遇到分割模式都会开始一个新单词,如果$line以空格开头,那么@array的第一个元素就是空元素。如果$line里只有空格,@array就是空数组。另外注意,TAB字符会被当成一个单词,需要单独处理。

2. 字符 [] 和 [^]

[]表示匹配括号内任意一个字符。/a[0123456789]c/匹配"a"加任意数字加"c"的字符串。和+联用:/d[eE]+f/能匹配def、dEf、deef、dEef、dEEEeeeEef等。而^在方括号内表示“非”,比如/d[^deE]f/匹配"d"加一个非"e"字符加"f"的字符串。

3. 字符 * 和 ?

这两个字符和+类似,但*匹配0个、1个或多个相同字符,?则匹配0个或1个。例如/de*f/能匹配df、def、deeeef等;/de?f/只匹配df或def。

4. 转义字符

如果需要在模式里匹配那些有特殊意义的字符(比如+、*、?等),必须在它们前面加上反斜线。例如/\*\+/中的*就是字面意义上的星号,而不是“一个或多个”。反斜线本身也要转义为\/。在Perl 5中还可以用\Q和\E这对命令来批量转义。

5. 匹配任意字母或数字

前面提到的/a[0123456789]c/可以简写为/a[0-9]c/,类似地[a-z]表示任意小写字母,[A-Z]表示任意大写字母。任意大小写字母和数字的集合就是/[0-9a-zA-Z]/。

6. 锚模式

锚用于锁定匹配的位置:

  • ^或\A:仅匹配字符串开头
  • $或\Z:仅匹配字符串结尾
  • \b:匹配单词边界
  • \B:匹配单词内部

举个例子:/^def/只匹配以"def"开头的字符串;/def$/只匹配以"def"结尾的;/^def$/则只匹配字符串"def"本身。在多行匹配中,\A和\Z与^、$的行为略有不同。

实战:检测变量名的类型:

复制代码 代码如下:
if ($varname =~ /^$[A-Za-z][_0-9a-zA-Z]*$/) {
print ("$varname is a legal scalar variablen");
} elsif ($varname =~ /^@[A-Za-z][_0-9a-zA-Z]*$/) {
print ("$varname is a legal array variablen");
} elsif ($varname =~ /^[A-Za-z][_0-9a-zA-Z]*$/) {
print ("$varname is a legal file variablen");
} else {
print ("I don't understand what $varname is.n");
}

关于\b的更多用法:/\bdef/匹配以"def"开头的单词(如def、defghi),但不匹配abcdef;/def\b/匹配以"def"结尾的单词(如def、abcdef),但不匹配defghi;/\bdef\b/只匹配孤零零的"def"。注意/\bdef/可以匹配$defghi,因为$不被视为单词的一部分。

\B则相反:/\Bdef/匹配abcdef,但不匹配def;/def\B/匹配defghi;/\Bdef\B/匹配cdefg、abcdefghi这类。

7. 模式中的变量替换

模式里可以直接使用Perl变量。比如要把一句文本按空白拆成单词:

    $pattern = "[\t ]+";
    @words = split(/$pattern/, $line);

8. 字符范围转义

Perl提供了一组快捷转义符,省去写方括号的麻烦:

  • \d:任意数字,等价于[0-9]
  • \D:非数字,等价于[^0-9]
  • \w:任意单词字符(包括下划线),等价于[_0-9a-zA-Z]
  • \W:非单词字符,等价于[^_0-9a-zA-Z]
  • \s:空白字符(空格、制表符、换行等),等价于[ \t\r\n\f]
  • \S:非空白字符,等价于[^ \t\r\n\f]

例如/[\da-z]/匹配任意数字或小写字母。

9. 匹配任意字符

.(点号)匹配除换行符外的任意字符,通常和*一起使用来匹配任意长度的内容。

10. 匹配指定数目的字符

{}用于精确控制重复次数。例如/de{1,3}f/匹配def、deef、deeef;/de{3}f/只匹配deeef;/de{3,}f/匹配d和f之间至少3个e;/de{0,3}f/匹配最多3个e。

11. 指定选项

|表示“或”,比如/def|ghi/匹配"def"或"ghi"。它非常适用于判断多种合法格式,比如检测一个数是否是合法整数:

if ($number =~ /^-?\d+$|^-?0[xX][\da-fA-F]+$/) {
    print ("$number is a legal integer.n");
} else {
    print ("$number is not a legal integer.n");
}

这里^-?\d+$匹配十进制,^-?0[xX][\da-fA-F]+$匹配十六进制。

12. 模式的部分重用

当模式中某一部分重复出现时,可以用括号把它包起来,然后用\n(n为数字)来引用它。例如/\d{2}([\W])\d{2}\1\d{2}/可以匹配"12-05-92"、"26.11.87"、"07 04 92"等——注意\1引用了前面捕获到的那个分隔符。这和/(\d{2})([\W])\1\2\1/不同,后者只能匹配形如"17-17-17"的字符串,而不是"17-05-91"。

13. 转义和特定字符的执行次序

各种特殊字符和转义符也有优先级,类似于数学运算符:

  • () 模式内存(最高优先级)
  • + * ? {} 出现次数
  • ^ $ \b \B 锚
  • | 选项(最低优先级)

14. 指定模式定界符

默认模式定界符是/,但可以用m来自由指定。比如m!/u/jqpublic/perl/prog1!等价于/\/u\/jqpublic\/perl\/prog1/,避免了大量转义。不过如果用单引号做定界符,模式内不会进行变量替换;如果用了特殊字符做定界符,它本身的特殊功能也就失效了。

15. 模式次序变量

模式匹配成功后,括号捕获的内容会存到$1、$2……中,而整个匹配的内容存在$&中。看个例子:

复制代码 代码如下:
$string = "This string contains the number 25.11.";
$string =~ /-?(d+).?(d+)/; # 匹配结果为25.11
$integerpart = $1; # now $integerpart = 25
$decimalpart = $2; # now $decimalpart = 11
$totalpart = $&;; # now totalpart = 25.11

四、模式匹配选项

选项可以附加在模式定界符后面,用来改变匹配行为:

  • g:全局匹配,找所有可能的模式
  • i:忽略大小写
  • m:将字符串视为多行
  • o:只对模式中的变量替换一次
  • s:将字符串视为单行(让.匹配换行符)
  • x:忽略模式中的空白(允许加空格和注释)

1. 匹配所有可能的模式 (g选项)

复制代码 代码如下:
@matches = "balata" =~ /.a/g; # now @matches = ("ba", "la", "ta")
匹配的循环:
while ("balata" =~ /.a/g) {
$match = $&;;
print ("$matchn");
}

输出:

复制代码 代码如下:
ba
la
ta

使用g选项时,可以用pos函数来手动控制下次匹配的起始偏移量:

    $offset = pos($string);
    pos($string) = $newoffset;

2. 忽略大小写 (i选项)

/de/i能匹配de、dE、De、DE,大小写通吃。

3. 将字符串看作多行 (m选项)

启用m后,^不仅匹配字符串起始,还匹配每一行的开头;$匹配每一行的结尾。

4. 只执行一次变量替换 (o选项)

复制代码 代码如下:
$var = 1;
$line = ;
while ($var < 10) {
$result = $line =~ /$var/o;
$line = ;
$var++;
}

这里/o让$var的替换只执行一次,所以实际上每次匹配的都是/1/(第一次$var的值)。这个选项在循环中能提升性能,但要小心语义是否符合预期。

5. 将字符串看作单行 (s选项)

/a.*bc/s可以匹配"axxxxx\nxxxxbc"这样的跨行字符串,而普通的/a.*bc/则不行(因为.默认不匹配换行)。

6. 在模式中忽略空格 (x选项)

/\d{2} ([\W]) \d{2} \1 \d{2}/x等价于/\d{2}([\W])\d{2}\1\d{2}/,加了空格便于阅读。

五、替换操作符

语法:s/pattern/replacement/。它将字符串中匹配pattern的部分替换成replacement。例如:

$string = "abc123def";
$string =~ s/123/456/; # now $string = "abc456def";

替换部分可以使用模式次序变量$n,比如s/(\d+)/[$1]/。但注意替换部分不支持模式特殊字符(如*、+等),若写成s/abc/[def]/就是把"abc"换成"[def]"这个字面字符串。

替换操作符的选项和匹配操作符基本相同,多了一个e选项:

  • g:替换所有匹配
  • i:忽略大小写
  • e:将替换字符串当作Perl表达式执行,结果作为替换内容
  • m:多行
  • o:仅赋值一次
  • s:单行
  • x:忽略空白

e选项的妙处:

$string = "0abc1";
$string =~ s/[a-zA-Z]+/$& x 2/e; # now $string = "0abcabc1"

这里$&是匹配到的"abc",乘以2就变成了"abcabc"。

六、翻译操作符

它提供了另一种替换方式:tr/string1/string2/。效果是一对一替换:把string1中的第一个字符换成string2中的第一个,第二个换成第二个,以此类推。例如:

$string = "abcdefghicba";
$string =~ tr/abc/def/; # now string = "defdefghifed"

规则说明:如果string1比string2长,多出来的字符换成string2的最后一个字符;如果string1中有重复字符,以第一次出现为准。

翻译操作符的选项:

  • c:翻译所有未在string1中指定的字符
  • d:删除所有在string1中指定的字符
  • s:把多个连续相同的输出字符压缩成一个

几个经典用法:$string =~ tr/\d/ /c; 把非数字字符替换为空格;$string =~ tr/\t //d; 删除所有制表符和空格;$string =~ tr/0-9/ /cs; 把数字之间的其他字符压缩成一个空格。

七、扩展模式匹配

Perl还提供了一些超出传统正则的能力,语法是(?cpattern),其中c是一个控制字符。

1. 不存储括号内的匹配内容

通常括号里的子模式会占用内存,如果想避免,可以用(?:...)。比如/(?:a|b|c)(d|e)f\1/中的\1引用的是(d|e)捕获的内容,而不是(a|b|c)的。

2. 内嵌模式选项

选项i、m、s、x除了写在外面,也可以直接嵌在模式中:/(?i)pattern/等价于/pattern/i。

3. 肯定的和否定的预见匹配

pattern(?=string)表示匹配后面紧跟string的pattern,但string本身不包含在最终匹配结果中。否定形式是(?!string),表示后面不是string。例如:

$string = "25abc8";
$string =~ /abc(?=[0-9])/; 
$matched = $&;; # $matched 是 "abc",而不是 "abc8"

4. 模式注释

在x选项下可以写注释,也可以直接用(?#...)在任何位置加注释:

if ($string =~ /(?i)[a-z]{2,3}(?# match two or three alphabetic characters)/ {
    ...
}

为了方便查阅,整理了一份速查对照表。这是一份非常实用的文字处理模式常用语法清单(Regular Expression),笔者把它列在这里,方便你在写脚本时快速参考:

一 文字处理模式中 /pattern/ 常用到的语法

语法说明
.除换行符外,匹配任意一个字符
x?0个或1个x字符
x*0个或多个x字符
.*0个或多个任意字符
x+1个或多个x字符
.+1个或多个任意字符
{m}恰好m个指定字符
{m,n}m到n个指定字符
{m,}至少m个指定字符
[]匹配括号内的任意一个字符
[^]匹配不在括号内的任意一个字符
[0-9]任意数字
[a-z]任意小写字母
[^0-9]任意非数字
[^a-z]任意非小写字母
^匹配字符串开头
$匹配字符串结尾
\d数字,等价于[0-9]
\d+一个或多个数字,等价于[0-9]+
\D非数字,等价于[^0-9]
\D+一个或多个非数字,等价于[^0-9]+
\w单词字符(字母、数字、下划线),等价于[a-zA-Z0-9_]
\w+一个或多个单词字符,等价于[a-zA-Z0-9_]+
\W非单词字符,等价于[^a-zA-Z0-9_]
\W+一个或多个非单词字符,等价于[^a-zA-Z0-9_]+
\s空白字符(空格、制表符、换行等),等价于[ \t\n\r\f]
\s+一个或多个空白字符,等价于[ \t\n\r\f]+
\S非空白字符,等价于[^ \t\n\r\f]
\S+一个或多个非空白字符,等价于[^ \t\n\r\f]+
\b单词边界
\B非单词边界(单词内部)
a|b|c匹配a或b或c中的任意一个
abc匹配字符串"abc"
(pattern)捕获匹配的内容到$1、$2……
/pattern/i忽略大小写
\特殊字符转义,使特殊字符失去特殊含义

二 文字处理模式简单范例

这里列一些常见的模式及其匹配效果,方便初学者对照练习:

范例说明
/perl/找到含有"perl"的字符串
/^perl/找到以"perl"开头的字符串
/perl$/找到以"perl"结尾的字符串
/c|g|i/找到含有c或g或i的字符串
/cg{2,4}i/c后面跟2~4个g,再跟i
/cg{2,}i/c后面跟至少2个g,再跟i
/cg{2}i/c后面跟恰好2个g,再跟i
/cg*i/c后面跟0或多个g,再跟i(等同于/cg{0,}i/)
/cg+i/c后面跟1个或多个g,再跟i(等同于/cg{1,}i/)
/cg?i/c后面跟0或1个g,再跟i(等同于/cg{0,1}i/)
/c.i/c后面跟任意一个字符,再跟i
/c..i/c后面跟任意两个字符,再跟i
/[cgi]/匹配c、g、i中任意一个字符
/[^cgi]/匹配非c、g、i的任意字符
/d/匹配一个数字
/d+/一个或多个数字
/D/匹配一个非数字
/D+/一个或多个非数字
/w/匹配一个单词字符
/w+/一个或多个单词字符
/W/匹配一个非单词字符
/W+/一个或多个非单词字符
/s/匹配一个空白字符
/s+/一个或多个空白字符
/S/匹配一个非空白字符
/S+/一个或多个非空白字符
/\*/匹配星号本身(转义)
/abc/i匹配"abc"(忽略大小写)

三 文字处理模式相关的运算符及函数

在Perl编程中,=~和!~这两个运算符,以及s///和tr///这两个函数,是和/pattern/搭配最频繁的组合。把它们用熟练了,处理字符串就可以得心应手,写CGI程序时更是如虎添翼。

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