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正则表达式 之 断言详解

正则表达式的先行断言和后行断言一共有 4 种形式:

  • (?=pattern) 零宽正向先行断言(zero-width positive lookahead assertion)
  • (?!pattern) 零宽负向先行断言(zero-width negative lookahead assertion)
  • (?<=pattern) 零宽正向后行断言(zero-width positive lookbehind assertion)
  • (?<!pattern) 零宽负向后行断言(zero-width negative lookbehind assertion)

这里面的 pattern 是一个正则表达式。

如同 ^ 代表开头,$ 代表结尾,\b 代表单词边界一样,先行断言和后行断言也有类似的作用,它们只匹配某些位置,在匹配过程中,不占用字符,所以被称为**"零宽"**。所谓位置,是指字符串中(每行)第一个字符的左边、最后一个字符的右边以及相邻字符的中间(假设文字方向是头左尾右)。

下面分别举例来说明这 4 种断言的含义。

(?=pattern) 正向先行断言

代表字符串中的一个位置,紧接该位置之后的字符序列能够匹配 pattern。

例如对 "a regular expression" 这个字符串,要想匹配 regular 中的 re,但不能匹配 expression 中的 re,可以用 re(?=gular),该表达式限定了 re 右边的位置,这个位置之后是 gular,但并不消耗 gular 这些字符。

将表达式改为 re(?=gular).,将会匹配 reg,元字符 . 匹配了 g,括号这一砣匹配了 eg 之间的位置。

(?!pattern) 负向先行断言

代表字符串中的一个位置,紧接该位置之后的字符序列不能匹配 pattern。

例如对 "regex represents regular expression" 这个字符串,要想匹配除 regex 和 regular 之外的 re,可以用 re(?!g),该表达式限定了 re 右边的位置,这个位置后面不是字符 g

负向和正向的区别,就在于该位置之后的字符能否匹配括号中的表达式。

(?<=pattern) 正向后行断言

代表字符串中的一个位置,紧接该位置之前的字符序列能够匹配 pattern。

例如对 regex represents regular expression 这个字符串,有 4 个单词,要想匹配单词内部的 re,但不匹配单词开头的 re,可以用 (?<=\w)re,单词内部的 re,在 re 前面应该是一个单词字符。

之所以叫后行断言,是因为正则表达式引擎在匹配字符串和表达式时,是从前向后逐个扫描字符串中的字符,并判断是否与表达式符合,当在表达式中遇到该断言时,正则表达式引擎需要往字符串前端检测已扫描过的字符,相对于扫描方向是向后的。

(?<!pattern) 负向后行断言

代表字符串中的一个位置,紧接该位置之前的字符序列不能匹配 pattern。

例如对 "regex represents regular expression" 这个字符串,要想匹配单词开头的 re,可以用 (?<!\w)re。单词开头的 re,在本例中,也就是指不在单词内部的 re,即 re 前面不是单词字符。当然也可以用 \bre 来匹配。

对于这 4 个断言的理解,可以从两个方面入手:

  • 1、关于先行(lookahead)和后行(lookbehind):正则表达式引擎在执行字符串和表达式匹配时,会从头到尾(从前到后)连续扫描字符串中的字符,设想有一个扫描指针指向字符边界处并随匹配过程移动。先行断言,是当扫描指针位于某处时,引擎会尝试匹配指针还未扫过的字符,先于指针到达该字符,故称为先行。后行断言,引擎会尝试匹配指针已扫过的字符,后于指针到达该字符,故称为后行。
  • 2、关于正向(positive)和负向(negative):正向就表示匹配括号中的表达式,负向表示不匹配。

对这 4 个断言形式的记忆:

  • 1、先行和后行:后行断言 (?<=pattern)、(?<!pattern) 中,有个小于号,同时也是箭头,对于自左至右的文本方向,这个箭头是指向后的,这也比较符合我们的习惯。把小于号去掉,就是先行断言。
  • 2、正向和负向:不等于 (!=)、逻辑非 (!) 都是用 !号来表示,所以有 ! 号的形式表示不匹配、负向;将 ! 号换成 = 号,就表示匹配、正向。

我们经常用正则表达式来检测一个字符串中包含某个子串,要表示一个字符串中不包含某个字符或某些字符也很容易,用 [^...] 形式就可以了。要表示一个字符串中不包含某个子串(由字符序列构成)呢?

用 [^...] 这种形式就不行了,这时就要用到(负向)先行断言或后行断言、或同时使用。

例如判断一句话中包含 this,但不包含 that

包含 this 比较好办,一句话中不包含 that,可以认为这句话中每个字符的前面都不是 that 或每个字符的后面都不是 that。正则表达式如下:

^((?<!that).)*this((?<!that).)*$
或 
^(.(?!that))*this(.(?!that))*$

对于 this is runoob test 这句话,两个表达式都能够匹配成功,而 this and that is runoob test 都匹配失败。

在一般情况下,这两个表达式基本上都能够满足要求了。考虑极端情况,如一句话以 that 开头、以 that 结尾、thatthis 连在一起时,上述表达式就可能不胜任了。 如 runoob thatthis is the case 或者 this is the case, not that 等。

只要灵活运用这几个断言,就很容易解决:

^(.(?<!that))*this(.(?<!that))*$
^(.(?<!that))*this((?!that).)*$
^((?!that).)*this(.(?<!that))*$
^((?!that).)*this((?!that).)*$

这 4 个正则表达式测试上述的几句话,结果都能够满足要求。

上述 4 种断言,括号里的 pattern 本身是一个正则表达式。但对 2 种后行断言有所限制,在 Perl 和 Python 中,这个表达式必须是定长(fixed length)的,即不能使用 、+、? 等元字符,如 (?<=abc) 没有问题,但 (?<=abc) 是不被支持的,特别是当表达式中含有|连接的分支时,各个分支的长度必须相同。之所以不支持变长表达式,是因为当引擎检查后行断言时,无法确定要回溯多少步。Java 支持 ?、{m}、{n,m} 等符号,但同样不支持 *、+ 字符。Javascript 干脆不支持后行断言,不过一般来说,这不是太大的问题。

先行断言和后行断言某种程度上就好比使用 if 语句对匹配的字符前后做判断验证。

以下列出 ?=、?<=、?!、?<!= 的使用

exp1(?=exp2):查找 exp2 前面的 exp1。

(?<=exp2)exp1:查找 exp2 后面的 exp1。

exp1(?!exp2):查找后面不是 exp2 的 exp1。

(?<!=exp2)exp1:查找前面不是 exp2 的 exp1。

标签: 正则表达式

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