正则表达式之进阶

一、正则表达式的工作机制

画了一个草图，简单的说明了下正则表达式的工作原理。

    +--------+
    |  编译  |
    +--------+
         |
         ↓
+----------------+
|  设置开始位置    |←---------+
+----------------+          ↑
         |                  |
         ↓               其 |
+----------------+       他 |
|  匹配 & 回溯    |       路 |
+----------------+       径 |
         |                  |
         ↓                  |
+----------------+          |
|  成功 or 失败   |---------→+
+----------------+

你写的任何一个正则直接量或者 RegExp 都会被浏览器编译为一个原生代码程序，第一次匹配是从头个字符开始，匹配成功时，他会查看是否还有其他的路径没有匹配到，如果有的话，回退到上一次成功匹配的位置，然后重复第二步操作，不过此时开始匹配的位置（lastIndex）是上次成功位置加 1.

var Reg = /H(i|ello), barret/g;
let Str = 'Lalala. Hi, barret. Hello, John';
console.log(Reg.test(Str));

如果要深入了解正则表达式的内部原理，必须先理解匹配过程的一个基础环节——回溯，他是驱动正则的一个基本动力，也是性能消耗、计算消耗的根源。

二、回溯

正则表达式中出现最多的是分支和量词，上面的 demo 中可以很清楚的看到 hi 和 hello 这两个分支，当匹配到第一个字符 h 之后，进入 (i|ello) 的分支选择，首先是进入 i 分支，当 i 分支匹配完了之后，再回到分支选择的位置，重新选择分支。简单点说，分支就是 | 操作符带来的多项选择问题，而量词指的是诸如 *, +?, {m,n} 之类的符号，正则表达式必须决定何时尝试匹配更多的字符。下面结合回溯详细说说分支和量词。

1. 分支

继续分析上面那个案例。"Lalala. Hi, barret. Hello, John".match(/H(i|ello), barret/g),首先会查找 H 字符，在第九位找到 H 之后，正则子表达式提供了两个选择 (i|ello)，程序会先拿到最左边的那个分支，进入分支后，在第十位匹配到了 i，接着匹配下一个字符，下一个字符是逗号，接着刚才的位置又匹配到了这个逗号，然后再匹配下一个，依次类推，直到完整匹配到整个正则的内容，此时程序会在Hi, barret后面做一个标记，表示在这里进行了一次成功的匹配。但程序到此并没有结束，因为后面加了一个全局参数，依然使用这个分支往后匹配，很显然，到了 Hello 的时候，Hi 分支匹配不了了，于是程序会回溯到刚才我们做标记的位置，并进入第二个分支，从做标记的位置重新开始匹配，依次循环。

只要正则表达式没有尝试完所有的可选项，他就会回溯到最近的决策点（也就是上次匹配成功的位置）。

2. 量词

量词这个概念特别简单，只是在匹配过程中有贪婪匹配和懒惰匹配两种模式，结合回溯的概念理解稍微复杂。还是用几个例子来说明。

1) 贪婪

str = "AB1111BA111BA";
reg = /AB[sS]+BA/;
console.log(str.match(reg));

首先是匹配AB，遇到了 [sS]+，这是贪婪模式的匹配，他会一口吞掉后面所有的字符，也就是如果 reg 的内容为 AB[sS]+，那后面的就不用看了，直接全部匹配，而往后看，正则后面还有B字符，所以他会先回溯到倒数第一个字符，匹配看是否为 B，显然倒数第一个字符不是B，于是他又接着回溯，找到了B字母，找到之后就不继续回溯了，而是往后继续匹配，此刻匹配的是字符A，程序发现紧跟B后的字母确实是A，那此时匹配就结束了。如果没有看明白，可以再读读下面这个图：

REG: /AB[sS]+BA/
MATCH: A               匹配第一个字符
    AB              匹配第二个字符
    AB1111BA111BA   [sS]+ 贪婪吞并所有字符
    AB1111BA111BA   回溯，匹配字符B
    AB1111BA111B    找到字符B，继续匹配A
    AB1111BA111BA   找到字符A，匹配完成，停止匹配

2) 懒惰（非贪婪）

str = "AB1111BA111BA";
reg = /AB[sS]+?BA/;
console.log(str.match(reg));

与上面不同的是，reg 中多了一个 ? 号，此时的匹配模式为懒惰模式，也叫做非贪婪匹配。此时的匹配流程是，先匹配AB，遇到[sS]+?，程序尝试跳过并开始匹配后面的字符B，往后查看的时候，发现是数字1，不是要匹配的内容，继续往后匹配，知道遇到字符B，然后匹配A，发现紧接着B后面就有一个A，于是宣布匹配完成，停止程序。

  REG: /AB[sS]+BA/
MATCH: A               匹配第一个字符
       AB              匹配第二个字符
       AB              [sS]+? 非贪婪跳过并开始匹配B
       AB1             不是B，回溯，继续匹配
       AB11            不是B，回溯，继续匹配
       AB111           不是B，回溯，继续匹配
       AB1111          不是B，回溯，继续匹配
       AB1111B         找到字符B，继续匹配A
       AB1111BA        找到字符A，匹配完成，停止匹配

如果匹配的内容是 AB1111BA，那贪婪和非贪婪方式的正则是等价的，但是内部的匹配原理还是有区别的。为了高效运用正则，必须搞清楚使用正则时会遇到那些性能消耗问题。

三、逗比的程序

//去测试下这句代码
"TTTTTTTT".match(/(T+T+)+K/);
//然后把前面的T重复次数改成30
//P.S:小心风扇狂转，CPU暴涨

我们来分析下上面这段代码，上面使用的都是贪婪模式，那么他会这样做：

  REG: (T+T+)+K
MATCH: ①第一个T+匹配前7个T，第二个T+匹配最后一个T，没找到K，宣布失败，回溯到最开始位置
       ②第一个T+匹配前6个T，第二个T+匹配最后两个T，没找到K，宣布失败，回溯到最开始位置
       ③...
       ... 接着还会考虑(T+T+)+后面的 + 号，接着另一轮的尝试。
       ⑦...
       ...

这段程序并不会智能的去检测字符串中是否存在 K，如果匹配失败，他会选择其他的匹配方式（路径）去匹配，从而造成疯狂的回溯和重新匹配，结果可想而知。这是回溯失控的典型例子。

四、前瞻和反向引用

1. 前瞻和引用

前瞻有两种，一种是负向前瞻，JS中使用 (?!xxx) 来表示，他的作用是对后面要匹配的内容做一个预判断，如果后面的内容是xxx，则此段内容匹配失败，跳过去重新开始匹配。另一种是正向前瞻，(?=xxx)，匹配方式和上面相反，还有一个长的类似的是 (?:xxx),这个是匹配xxx，他是非捕获性分组匹配，即匹配的内容不会创建反向引用。具体内容可以去文章开头提到的文档中查看。

反向引用，这个在 replace 中用的比较多，在 replace 中：

字符	替换文本
$1、$2、…、$99	与 regexp 中的第 1 到第 99 个子表达式相匹配的文本。
$&	与 regexp 相匹配的子串。
$`	位于匹配子串左侧的文本。
$’	位于匹配子串右侧的文本。
$$	直接量符号。

而在正则表达中，主要就是 1, 2 之类的数字引用。前瞻和反向引用使用恰当可以大大的减少正则对资源的消耗。举个例子来简单说明下这几个东西：

问题：使用正则匹配过滤后缀名为 .css 和 .js 的文件。
      如：test.wow.js test.wow.css test.js.js等等。

有人会立马想到使用负向前瞻，即：

//过滤js文件
/(?!.+.js$).*/.exec("test.wow.js")

//过滤js和css文件
/(?!.+.js$|.+.css$).*/.exec("test.wow.js")
/(?!.+.js$|.+.css$).*/.exec("test.wow.html")

但是你自己去测试下，拿到的结果是什么。匹配非js和非css文件可以拿到正确的文件名，但是我们期望这个表达式对js和css文件的匹配结果是null，上面的表达式却做不到。问题是什么，因为(?!xxx)和(?=xxx)都会消耗字符，在做预判断的时候把 .js 和 .css 给消耗了，所以这里我们必须使用非捕获模式。

/(?:(?!.+.js$|.+.css$).)*/.exec("test.wow.html");
/(?:(?!.+.js$|.+.css$).)*/.exec("test.wow.js");

我们来分析下这个正则：

(?:(?!.+.js$|.+.css$).)*
---   ----------------  -
 |                |     |   
 +----------------------+
             ↓    | 
非捕获，内部只有一个占位字符
                  |
                  ↓
    负向前瞻以.js和.css结尾的字符串

最后一个星号是贪婪匹配，直接吞掉全部字符。

这里讲的算是有点复杂了，不过在稍复杂的正则中，这些都是很基础的东西了，想在这方面提高的童鞋可以多研究下。

2. 原子组

JavaScript的正则算是比较弱的，他没有分组命名、递归、原子组等功能特别强的匹配模式，不过我们可以利用一些组合方式达到自己的目的。上面的例子中，我们实际上用正则实现了一个或和与的功能，上面的例子体现的还不是特别明显，再写个例子来展示下：

str1 = "我(wo)叫(jiao)李(li)靖(jing)";
str2 = "李(li)靖(jing)我(wo)叫(jiao)";
reg = /(?=.*?我)(?=.*?叫)(?=.*?李)(?=.*?靖)/;
console.log(reg.test(str1)); //true
console.log(reg.test(str2)); //true

不管怎么打乱顺序，只要string中包含“我”，“是”，“李”，“靖”这四个字，结果都是true。

类似(?=xxx)1，就相当于一个原子组，原子组的作用就是消除回溯，只要是这种模式匹配过的地方，回溯时都不会到这里和他之前的地方。上面的程序"TTTTTTTT".match(/(T+T+)+K/);可以通过原子组的方式处理：

"TTTTTTTT".match(/(?=(T+T+))2+K/);

如此便能彻底消除回溯失控问题。

五、小结

关于正则的学习，重点是要多练习多实践，并且多尝试用不同的方案去解决一个正则问题，一个很典型的例子，去除字符串首尾的空白，尝试用5-10种不同的正则去测试，并思考哪些方式的效率最高，为什么？通过这一连串的思考可以带动学习的兴趣，提高学习效率~

转自 进阶正则表达式