深入理解正则表达式环视的概念与用法

文章大纲：

    深入理解正则表达式环视的概念与用法
        一、环视的概念
            （一）环视概念与匹配过程示例
                示例一：简单环视匹配过程
            （二）什么是消耗正则的匹配字符？
                示例二：一次匹配消耗匹配字符匹配过程
                示例三：多次匹配消耗匹配字符匹配过程
        二、环视的类型
            （一）肯定和否定
            （二）顺序和逆序
            · 两种类型名称组合
            · 四种组合的用法
                四种组合正则与环视的摆放位置
                1、肯定顺序：(?=exp)
                    （1）常规用法
                        示例四：肯定顺序环视常规用法
                    （2）变种用法
                        示例五：肯定顺序环视变种用法
                2、否定顺序：(?!exp)
                        示例六：否定顺序环视
                3、肯定逆序：(?<=exp)
                    示例七：肯定逆序环视
                4、否定逆序：(?<!exp)
                    示例八：否逆序环视
        三、环视的应用
            示例九：正则分块组合法-必须包含字母、数字、特殊字符
            示例十：正则逐步完善法-排除特定标签p/a/img，匹配html标签
            示例十一：正则减除查错法-匹配异常原因查找
        总结

在《深入讲解正则表达式高级教程-环视》中已经对环视做了简单的介绍，但是，可能还有一些读者比较迷惑，今天特意以专题的形式，深入探讨一下正则表达式的环视的概念与用法。

一、环视的概念

环视，在不同的地方又称之为零宽断言，简称断言。
环视强调的是它所在的位置，前面或者后面，必须满足环视表达式中的匹配情况，才能匹配成功。
环视可以认为是虚拟加入到它所在位置的附加判断条件，并不消耗正则的匹配字符。

（一）环视概念与匹配过程示例

示例一：简单环视匹配过程

例如，对于源字符串ABC，正则(?=A)[A-Z]匹配的是：

1. (?=A)所在的位置，后面是A
2. 表达式[A-Z]匹配A-Z中任意一个字母
   根据两个的先后位置关系，组合在一起，那就是：
   (?=A)所在的位置，后面是A，而且是A-Z中任意一个字母，因此，上面正则表达式匹配一个大写字母A。

从例子可以看出，从左到右，正则分别匹配了环视(?=A)和[A-Z]，由于环视不消耗正则的匹配字符，因此，[A-Z]还能对A进行匹配，并得到结果。

（二）什么是消耗正则的匹配字符？

在《深入讲解正则表达式高级教程》里我们已经讲过，正则是按照单个字符来进行匹配的，一般情况下是从左到右，逐个匹配源字符串中的内容。

示例二：一次匹配消耗匹配字符匹配过程

例如，对于源字符串ABCAD，正则A[A-Z]匹配的过程是：

1. 正则A：因为没有位置限定，因此是从源字符串开始位置开始，也就是正则里的^，这个^是虚拟字符，表示匹配字符串开始位置，也就是源字符串ABCAD里的A前面的位置，因为正则A能够匹配源字符串A，匹配成功，匹配位置从源字符串^的位置后移一位，到达A后面，即此时源字符串ABCAD的A这个字符已经被消耗，接下来的正则匹配从A后面开始。
2. 正则[A-Z]：当前匹配位置为第一个A字母后面位置，正则[A-Z]对源字符串ABCAD里的B字母进行匹配，匹配成功，位置后移到B字母后面的位置。至此，由于正则已经匹配完成，因此，正则A[A-Z]匹配结果是AB。

我们知道，有些语言如js支持g模式修饰符，也就是全局匹配，那么，上面例子中，正则匹配1次成功之后，将会从匹配成功位置（B字母后面位置）开始，再从头进行匹配一次正则，直到源字符串全部消耗完为止。

示例三：多次匹配消耗匹配字符匹配过程

因此，全局匹配的过程补充如下：
3. 正则A：当前匹配位置为B字母后面位置，正则A去匹配源字符串中的C，匹配失败，匹配位置后移一位，此时C被消耗了。
4. 正则A：当前匹配位置为C字母后面位置，正则A去匹配源字符串中的第二个A字母，匹配成功，匹配位置后移一位，此时A被消耗了。
5. 正则[A-Z]：当前匹配位置为第二个A字母后面位置，正则[A-Z]对源字符串ABCAD里的D字母进行匹配，匹配成功，位置后移到D字母后面的位置，此时D被消耗了。
6. 由于正则里还有个源字符串结束位置，也就是正则里的$，这个$也是虚拟字符，因此，还要继续进行匹配：
正则A：当前匹配位置为D字母后面的位置，正则A去匹配源字符串的结束位置，匹配失败，匹配结束。

最终匹配结果是AB和AD。

二、环视的类型

环视的类型有两类：

（一）肯定和否定

1、肯定：(?=exp) 和 (?<=exp)
2、否定：(?!exp) 和 (?<!exp)

（二）顺序和逆序

1、顺序：(?=exp) 和 (?!exp)
2、逆序：(?<=exp) 和 (?<!exp)

· 两种类型名称组合

1、肯定顺序：(?=exp)
2、否定顺序：(?!exp)
3、肯定逆序：(?<=exp)
4、否定逆序：(?<!exp)

· 四种组合的用法

四种组合，根据正则与环视位置的不同，又可以组合出来8种不同的摆放方式。
一般来说，顺序的环视，放在正则后面，认为是常规用法，而放在正则前面，对正则本身的匹配起到了限制，则认为是变种的用法。
而逆序的环视，常规用法是环视放在正则前面，变种用法是放在正则后面。
总结一句话就是：常规用法，环视不对正则本身做限制。
但是，无论常规和变种，都是非常常见的用法。

四种组合正则与环视的摆放位置

1、肯定顺序常规： [a-z]+(?=;)           字母序列后面跟着;
2、肯定顺序变种： (?=[a-z]+$).+$        字母序列
3、肯定逆序常规： (?<=:)[0-9]+          :后面的数字
4、肯定逆序变种： [0-9](?<=[13579]) 0-9中的奇数
5、否定顺序常规： [a-z]+(?!;)     不以;结尾的字母序列
6、否定顺序变种： (?!.*?[lo0])[a-z0-9]+  不包含l/o/0的字母数字系列
7、否定逆序常规： (?<!age)=([0-9]+) 参数名不为age的数据
8、否定逆序变种： [a-z]+(?<!z)  不以z结尾的单词

下面示例，仅对肯定顺序环视进行两种用法的讲解，其他组合都有类似用法，读者参考上面列举8种位置用法自行测试。

1、肯定顺序：(?=exp)

（1）常规用法

所谓常规用法，主要指正则匹配部分位于肯定顺序环视左侧，如：test(?=.php)，用于匹配后缀是.php的test文件。

示例四：肯定顺序环视常规用法

源字符串：

notexefile1.txt
exefile1.exe
exefile2.exe
exefile3.exe
notexefile2.php
notexefile3.sh

需求：获取.exe后缀文件不含后缀的文件名
正则：.+(?=.exe)
结果：

exefile1
exefile2
exefile3

示例中，因为要获取.exe后缀不含后缀的文件名，因此，在不使用分组进行捕获的时候，我们利用了肯定顺序型环视的限定，达到了既限定为.exe后缀又不被捕获进匹配结果的效果，充分展示了环视不占位的特性。

（2）变种用法

所谓变种用法，主要指正则匹配部分位于肯定顺序环视右侧，匹配内容收到环视条件的限定，如：^(?=[a-z]+$).+，虽然后面用的是.+（.除了不能匹配换行，能匹配任意字符），但是，这个表达式只能匹配一个以上的a-z字母组合，因为它被前面的环视限制了匹配范围。

示例五：肯定顺序环视变种用法

需求：必须包含字母（不区分大小写）、数字，6-16位密码
正则：^(?=.*?[a-zA-Z])(?=.*?[0-9])[a-zA-Z0-9]{6,16}$
测试用例：

#量词条件：
1. 小于6
2. 6-16（关注边界值）
3. 大于16

#字符条件：
1. 纯数字
2. 纯英文
3. 数字+英文
4. 英文+数字
5. 英文数字乱序混合

注：每类字符条件都要考虑量词条件

示例中，使用(?=.*?[a-zA-Z])限定后面的字符中至少有一个字母，使用(?=.*?[0-9])限定后面的字符中至少有一个数字，最后通过实际匹配正则[a-zA-Z0-9]{6,16}限定量词。此示例，同样提现了环视不占位的特性，否则的话，第一个环视消耗完字符，会导致后面匹配失败，而实际并没有，因为环视不消耗匹配字符。

2、否定顺序：(?!exp)

示例六：否定顺序环视

源字符串：

notexefile1.txt
exefile1.exe
exefile2.exe
exefile3.exe
notexefile2.php
notexefile3.sh

需求：获取不是.exe后缀文件不含后缀的文件名
正则：(.+)(?!.exe).[^.]+$
结果：

notexefile1
notexefile2

首先，拿到这个需求，看过前面肯定顺序环视例子的写法，我们很可能一下子写出来.+(?!.exe)，但是测试之后却发现，错了！为什么？一万个为什么飘过~~~
为什么匹配错误，这涉及到正则匹配的原理，匹配过程如下：
为了解释方便，这里以多行模式进行讲解。
正则.+：因为没有指定位置，从每行字符串开始位置开始匹配，.+是贪婪模式，尽可能多匹配，而且是匹配除了换行外的任意字符，因此，以第一行为例，.+匹配到notexefile1.txt，匹配位置移动到字符串最后。
正则(?!.exe)：匹配字符串结束位置，不是.exe，成功，匹配结束。
匹配结果得到：notexefile1.txt
其他几行匹配过程是类似的，我们发现每行它都匹配上了，这不是我们预期的结果。

为了得到预期的结果，我们需要在环视限定的条件下，把后缀部分消耗掉，同时利用否定顺序环视限定其不能是.exe后缀，然后用分组获取文件名，得到表达式：(.+)(?!.exe).[^.]+$。这个表达式的匹配过程，跟上面其实是类似的，只不过因为表达式没有匹配完成，导致了回溯，回溯让出了后缀部分给.[^.]+去匹配了。

在写这个正则的过程中，我们可以先写出(.+).[^.]+$这样的正则，然后在再后缀位置插入环视限定，从而得到目标正则(.+)(?!.exe).[^.]+$。

由于回溯过程涉及步骤过多，这里就不做展开，后面有机会再写一个关于正则回溯的文章，现在大家可以打开这个否定顺序匹配与回溯演示页，分别查看3个版本的debug情况。
选择版本：在正则输入框上面的下拉菜单里
查看debug：左侧TOOLS区域的Regex Debugger菜单。
注：由于该站jquery引用自谷歌，因此需要翻墙加载才可以打开

当然也可以用Regexbuddy的Debug功能，这个可以参考《正则表达式工具RegexBuddy使用教程》查看Debug用法。

三个版本的正则都是(.+)(?!.exe).[^.]+$
源字符串分别是：

1. 测试示例六，使用示例六源字符串

2. 测试匹配成功情况回溯，源字符串

   notexefile1.txt

3. 测试匹配失败情况回溯，源字符串

   exefile1.exe

3、肯定逆序：(?<=exp)

（1）肯定逆序环视和否定逆序环视在一些语言中是不支持的，如JavaScript就不支持，大家在使用过程中需要注意一下。
（2）很多语言不支持非确定长度的逆序环视。所谓非确定长度，是指逆序环视部分内容，不是固定长度的，如(?<=.*;)abc，这里用的.*就是不固定的长度。无论是分支情况还是什么，逆序环视部分需要固定长度。
（3）有些语言里，支持特定范围的非确定长度，这个是指(?<=.{0，100};)abc这种，本来的.*使用0-100这样的限定最大长度为100的范围值。
因此，大家使用过程中可以根据自己使用语言的差异，测试使用。

示例七：肯定逆序环视

源字符串：

name=Zjmainstay
age=26

需求：获取name参数的值
正则：(?<=name=).+

示例很直白，前面必须是name=，然后获取其后面的数据，由于环视不占位，因此并没有出现在匹配结果中。

4、否定逆序：(?!exp)

示例八：否逆序环视

源字符串：

name=Zjmainstay
age=26

需求：获取不是name参数的值
正则：^[^=]+=(?<!name=)(.+)

跟否定顺序示例一样，我们不能直接用(?<!name=).+进行匹配，正则做法是先把参数部分匹配出来，再用否定逆序环视对它进行限定，限定它不能是name=，因此实现匹配。

讲到这里，你们是否能想到前面否定顺序示例六中，可以用否定逆序来做？
正则：(.+).[^.]+(?<!.exe)$

因此，几个环视组合，由于正则所摆放的位置不同，可以产生等价的效果。

三、环视的应用

环视一直是正则表达式使用过程中的难题，主要体现在它的不占位（不消耗匹配字符）但起限定作用、肯定和否定、顺序和逆序区分、摆放位置不同如何理解等概念上。经过上面的讲解，相信读者已经对这几个概念有了深刻的理解，但是，理解概念跟灵活运用是两码事。
接下来我们再举几个平时常用的例子，帮助大家理解并掌握，达到灵活运用的程度。

示例九：正则分块组合法-必须包含字母、数字、特殊字符

正则：^(?=.*?[a-z])(?=.*?d)(?![a-zd]+$).+$
解析：
(?=.*?[a-z])限制必须有字母
(?=.*?d)限制必须有数字
(?![a-zd]+$)限制从开头到结尾不能全为数字和字母
.+在没有限定的情况下可以是任意字符
^和$ 限定字符串的开头和结尾
组合起来就可以得到上面正则。

示例十：正则逐步完善法-排除特定标签p/a/img，匹配html标签

正则：</?(?!p|a|img)([^> /]+)[^>]*/?>
解析：
常见的标签格式有：

<p>...</p>      //无属性值
<p class="t"....>...</p> //有属性值
<img ..../>     //有属性值自闭合
<br/>          //无属性值自闭合

首先，从简单标签入手，对于</p>和<br/>，写出正则：
</?[^>]*/?>
由于[^>]通配符的匹配访问太大，因此，实际上无论有没有属性值，都被上面表达式给匹配了，这个没关系，我们通过进一步细化匹配通配符，缩小匹配范围。
我们观察可得，标签名是这样得到的：

无属性值：<p>           <([^>]+)
有属性值：<p class      <([^ ]+)
无属性值自闭合：<br/>   <([^/]+)
闭合标签：</p>          </([^>]+)>

得到正则：

</?([^> /]+)

用这部分代替前面通配正则的标签名部分，得到：
</?([^> /]+)[^>]*/?>
最后，我们需要排除p/a/img标签，用否定顺序法，在标签名前面加入否定环视：
</?(?!p|a|img)([^> /]+)[^>]*/?>
大功告成，这是我们要的结果！

此示例的正则逐步完善法是正则书写过程中常用方法，倒推回去也是可行的，比如，假如我们拿到一段很长的正则，而它的匹配结果是错误的，我们该怎么做？
我们可以用逐步截断的方法，一步步的减除掉右侧的一部分，直到它恢复匹配，我们就知道刚刚被减除掉的部分正则是有问题的，观察它为什么导致错误，修改正确，再逐步恢复后面减除的正则即可。

示例十一：正则减除查错法-匹配异常原因查找

源字符串：

<ul>
    <li class="item">item1</li>
    <li class="item">item2</li>
    <li class="item bug">item3</li>
    <li class="item">item4</li>
    <li class="item">item5</li>
</ul>

正则：<li class="item">(.*?)</li>
减除排错过程：
例子比较简单，主要演示思路过程。
用上面的正则去匹配源字符串，我们发现，明明预期5个结果，但是却得到了4个，因此，我们开始进行减除正则排错。

1. 减除右侧</li>，此时正则<li class="item">(.*?) 匹配4个
2. 减除右侧(.*?)，此时正则<li class="item">，匹配4个
3. 减除"item">，此时正则<li class=，匹配5个
4. 恢复"item">，减除>，此时正则<li class="item"，匹配4个
5. 减除"，此时正则<li class="item，匹配5个
   至此，观察发现item后面还有其他可能，补充兼容：
6. 修复得正则<li class="item[^"]*"
7. 逐步把前面减除的"后面部分补充回来，此时正则<li class="item[^"]*">(.*?)</li>，匹配5个
   问题解决！

总结

文章至此，已经完整讲解了正则表达式环视的概念与用法，读者从中能够了解到正则的逐步匹配原理，消耗与不消耗匹配字符原理，环视的不占位概念，环视作为一个虚拟位置限定其前后匹配的概念，环视肯定和否定类型与顺序和逆序类型的概念，以及各种概念原理的运用，最后还附带了正则书写过程中运用的分块组合法、逐步完善法和减除查错法，希望能够帮助广大读者更加深刻地理解正则表达式，达到灵活运用的程度。

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更多关于正则表达式入门的内容，请参考本站博客《我眼里的正则表达式入门教程》
更多关于正则表达式高级的内容，请参考本站博客《深入讲解正则表达式高级教程》
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文章首发自Zjmainstay学习笔记《深入理解正则表达式环视的概念与用法》