了解正则表达式操作符的优先级

转自：http://book.51cto.com/art/201104/259073.htm

第3章 正则表达式

Perl的正则表达式本身就相当于一门语言了，而且这门语言甚至比Perl更复杂。

我们不会用到正则表达式的全部特性，但其中有些特性的确能大大简化日常工作。本章介绍其中较为常用的一部分特性。

尽管为了提升效率，开发人员已经对正则表达式引擎内部作了大量优化，但即使经验丰富的开发人员，也偶尔会写出效率极为低下的匹配和替换表达式。

效率并不总是我们的首要目标。事实上，在软件开发过程中，效率不应该是我们的首要目标。通常来说，程序员的首要任务是提供完备、稳定而正确的解决方案。当然在开发时，时刻注意效率问题总还是没有坏处的。

由于现在Perl已经能够处理Unicode字符，所以Perl的正则表达式同样能够处理字节（byte）、字符（character）和字素（grapheme）。不仅如此，正则表达式还可以处理字符属性（character property）。我们把大部分此类问题保留到第8章再详细讨论，也就是说，第8章也将包含不少与正则表达式相关的内容。

条款28　了解正则表达式操作符的优先级（1）

"正则表达式"一词中之所以包含"表达式"，是因为构成和解析正则表达式的语法近似于算术表达式。诚然，正则表达式与算术表达式的作用各不相同，但理解二者的相似性，有助于写出更严谨的正则表达式，或者说更完美的Perl程序。

正则表达式由原子和操作符组成。原子（atom）是构成正则表达式的基本单位，通常是指仅匹配单个字符的匹配模式。例如：

 
 

  
  
a#匹配字母a 
  
  
$#匹配字符$ 
  
  
n#匹配换行符 
  
  
[a-z]#匹配任何一个小写字母 
  
  
.#匹配除n以外的任意字符 
  
  
1#反向引用所匹配到的第一组捕获内容（文本长度不限）
 
 

此外还有一些特殊的"零宽度"原子 ，例如：

  
  
b#单词边界，从w转换到W的分界点，反之亦然 
  
  
^#匹配字串行首位置 
  
  
A#字串的绝对行首 
  
  
Z#字串末尾位置或换行符位置 
  
  
#可能是也可能不是零宽度 
  
  
z#绝对行尾位置，之后再无其他内容
 
 

原子由正则表达式操作符修饰或联结在一起。与算术表达式相似，正则表达式的操作符之间也是有优先级次序的。

1. 正则表达式的优先级

幸运的是，正则表达式只有四层优先级。试想一下如果正则表达式的优先级和数学表达式一样多一样复杂，会是怎样一种情况！

圆括号和其他分组操作符拥有最高优先级。表3-1列出了正则表达式操作符的优先级。

量词与它所修饰的元素的结合最为紧密，不论所修饰的是原子还是分组：

  
  
ab*c#匹配ac、abc、abbc、abbbc等 
  
  
abc*#匹配ab、abc、abcc、abccc等 
  
  
ab(c)*#同上，并捕获字母c 
  
  
ab(?:c)*#同上，但不捕获字母c 
  
  
abc{2,4}#匹配abcc、abccc、abcccc 
  
  
(abc)*#匹配空字串、abc、abcabc等
 
 

表3-1　正则表达式操作符优先级次序（从高到低）

两个原子顺次排列称之为序列（sequence）。虽然没用标点符号，但序列也是一种操作符。为清晰起见，下文使用圆点（o）表示序列关系。上述例子因此变为：

  
  
aob*oc#匹配ac、abc、abbc、abbbc等 
  
  
aoboc*#匹配ab、abc、abcc、abccc等 
  
  
aobo(c)*#同上，同时捕获字母c 
  
  
aobo(?:c)*#同上，但不捕获字母c 
  
  
aoboc{2,4}#匹配abcc、abccc、abcccc 
  
  
(aoboc)*#匹配空字串、abc、abcabc等
 
 

现在操作符之间的优先级关系是不是明显许多了？

在优先级次序中级别最低的，要数多选结构了。下面继续使用o记号提示：

  
  
eod|joo#匹配ed或jo 
  
  
(eod)|(joo)#同上 
  
  
eo(d|j)oo#匹配edo或ejo 
  
  
eod|joo{1,3}#匹配ed、jo、joo、jooo 
  
  

  
  
像^或b这样的零宽度原子，与其他原子的优先次序是一致的： 
  
  
^eod|joo$#匹配行首的ed，或行尾的jo 
  
  
^(eod|joo)$#匹配仅含ed或仅含jo的行
 
 

优先级次序不太好记。剔除多余括号属于高级技巧，在正则表达式中尤其如此，因而特别需要留意，以防删除过多而误事：

  
  
#这封邮件是谁发给我的？ 
  
  
/^Sender|From:s+(.*)/;#错误！它可以匹配像这样的伪造头： 
  
  
#X-Not-Really-From:faker
 
 

上述模式的本意是要匹配邮件头中Sender:或From:开头的行，但实际上能匹配到的内容显然不是我们所期望的。如果加上合适的括号，意思就清晰了：

  
  
/(^Sender)|(From:s+(.*))/;
 
 

添加一对圆括号，或非捕获型括号(?:)（见条款32），问题就能迎刃而解：

  
  
#改良版本 
  
  
/^(Sender|From):s+(.*)/;#变量$1保存的是单词Sender或From 
  
  
/^(?:Sender|From):s+(.*)/;#变量$1保存的是真正要提取的内容
 
 

2. 双引号变量内插

Perl正则表达式的变量插值方式与双引号字串内的变量插值方式相同。变量名称以及U和Q这样的字符转义，并不属于正则表达式原子，因而正则表达式解析器不会处理它们。内插是一个单独的过程，发生在Perl解析正则表达式之前：

 
 

  
  
/te(st)/;#测试系统变量$_是否匹配test 
  
  
/Ute(st)/;#匹配TEST 
  
  
/Qte(st)/;#匹配te(st) 
  
  
$x='test'; 
  
  
/$x*/;#匹配tes、test、testt等 
  
  
/test*/;#同上
 
 

不明白变量插值和正则表达式解析过程的先后顺序，常常会导致混淆误用的情况。请看下面的例子，要是把插值变量当成了正则表达式的原子，会发生什么情况：

  
  
#读入一个模式，匹配该模式出现两次的情形 
  
  
chop($pat=<STDIN>);#例如，读入的模式为bob 
  
  
print"matchedn"if/$pat{2}/;#错误，实际相当于/bob{2}/ 
  
  
print"matchedn"if/($pat){2}/;#正确，实际相当于/(bob){2}/ 
  
  
print"matchedn"if/$pat$pat/;#简单罗列式，虽然相等，倒也正确
 
 

上例中，如果用户输入bob，第一条正则表达式所匹配的就是bobb，因为在解析正则表达式之前，变量$pat已经被实际内容替换了。

上面三条正则表达式都隐藏着另一个陷阱。假如用户输入的是字串hello :-)，就会导致严重的运行时错误。变量内插后得到的实际正则表达式会从/($pat){2}/变为/(hello :-)){2}/，不光是毫无意义，连括号也不对称了。Perl会报告正则表达式错在哪里：

  
  
Unmatched)inregex;markedby--HEREin 
  
  
m/(hello:-))--HERE{2}/
 
 

这种问题我们可以用qr//解决（见条款40）。

对于括号、星号、点号之类的特殊字符，如果不想把它们作为正则表达式元字符使用，可以借助quotemeta操作符，或是转义操作符Q。quotemeta和Q会在任何不是字母、数字及下划线的字符之前加上反斜线作转义处理。

下面的代码从标准输入读取字串，使用quotemeta将字符中的特殊字符转义，然后再用于匹配。如果输入仍旧是hello :-)，那么转义后会变为hello :-)，可以放心地用这个正则表达式进行匹配了。

  
  
chomp($pat=>); 
  
  
my$quoted=quotemeta$pat; 
  
  
print"matchedn"if/($quoted){2}/;
 
 

或者，直接在表达式中使用转义操作符Q和E ：

>); 
  
  
print"matchedn"if/(Q$patE){2}/;
 
 

跟使用正则表达式的其他语法结构一样，一点点疏忽都可能造成正则表达式崩溃：

  
  
#它实际上相当于/hello:-){2}/，显然这是一个致命错误 
  
  
print"matchedn"if/(Q$pat){2}/;#错误！漏掉了E
 
 

3. 要点

要留意正则表达式的优先级。

可以使用圆括号将正则表达式分组。

使用Q或quotemeta将元字符转义为普通字符。

（编辑：李大同）

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