正则表达式的先行断言与后行断言

骑猪看日落 2022-07-12 11:16 149阅读 0赞

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e和g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 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干脆不支持后行断言，不过一般来说，这不是太大的问题。参见[这里][Link 1]。

试验例子

sole sorry chilly high tight laughter

匹配h

[![image][]][image 1]

匹配后面是t的h

[![image][image 2]][image_image 2]

匹配后面不是t的h

[![image][image 3]][image_image 3]

匹配前面是g的h

[![image][image 4]][image_image 4]

匹配前面不是g的h

[![image][image 5]][image_image 5]

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。

[Link 1]: http://www.regular-.s.info/lookaround.html
[image]: /images/20220710/339839f5fae8443d9c4516bc493813d8.png
[image 1]: http://img1.51cto.com/attachment/201112/23/2359144_1324603919r9Bu.png
[image 2]: http://img1.51cto.com/attachment/201112/23/2359144_1324603929NZxb.png
[image_image 2]: /images/20220710/b0f132525f0a42f4a2098f26ec88141b.png
[image 3]: http://img1.51cto.com/attachment/201112/23/2359144_1324603935FE2Y.png
[image_image 3]: /images/20220710/a38e15267f904fde947168fae47951da.png
[image 4]: http://img1.51cto.com/attachment/201112/23/2359144_13246039422Knn.png
[image_image 4]: /images/20220710/896d77b7af8b4993b43c070a5029918d.png
[image 5]: http://img1.51cto.com/attachment/201112/23/2359144_13246039498EOo.png
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