正则表达式的断言

最近想从一段文本文件中找出符合一段指定要求条件的内容,于是想到了使用正则,虽然以前也用过,但是想到断言的类型还是比较多,所以把它整理下来,以后忘了就不用来回找了。

断言分为先行断言和后行断言,而每个又细分为正向和负向的,所以总共正则的断言有以下四种:
(?=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是个正则表达式。断言就和^代表开始,$代表结束,\b代表单词边界一样,断言也有这样的功能。他们只匹配位置,但是在匹配的时候不占用字符,所以叫“零宽”。顺便说一句,使用断言,需要把断言的部分用括号括起来。下面分别介绍每种断言。

(?=pattern) 正向先行断言

首先他是一个位置,紧接着这个位置之后的字符序列需要匹配pattern。下面举个例子就很好理解了。
”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(.匹配任意字符),括号这一部分匹配了e和g之间的位置。

(?!pattern) 负向先行断言

首先他是一个位置,紧接该位置之后的字符序列不能匹配pattern。
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

首先他是一个位置,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

首先他是一个位置,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,可以从两部分入手:
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。

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 the case”这句话,两个表达式都能够匹配成功,而”note that this is the case”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、that和this连在一起时,上述表达式就可能不胜任了。
如”note 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(?<=a*bc)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不支持后行断言。

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