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Linux 正则表达式学习笔记

2022年07月19日49thcjp

1. 引言

以前我们用grep在一个文件中找出包含某些字符串的行,比如在头文件中找出一个宏定义。其实grep还可以找出符合某个模式(Pattern)的一类字符串。例如找出所有符合xxxxx@xxxx.xxx模式的字符串(也就是email地址),要求x字符可以是字母、数字、下划线、小数点或减号,email地址的每一部分可以有一个或多个x字符,例如abc.d@ef.com1_2@987-6.54,当然符合这个模式的不全是合法的email地址,但至少可以做一次初步筛选,筛掉a.bc@d等肯定不是email地址的字符串。再比如,找出所有符合yyy.yyy.yyy.yyy模式的字符串(也就是IP地址),要求y是0-9的数字,IP地址的每一部分可以有1-3个y字符。

如果要用grep查找一个模式,如何表示这个模式,这一类字符串,而不是一个特定的字符串呢?从这两个简单的例子可以看出,要表示一个模式至少应该包含以下信息:

  • 字符类(Character Class):如上例的x和y,它们在模式中表示一个字符,但是取值范围是一类字符中的任意一个。

  • 数量限定符(Quantifier): 邮件地址的每一部分可以有一个或多个x字符,IP地址的每一部分可以有1-3个y字符

  • 各种字符类以及普通字符之间的位置关系:例如邮件地址分三部分,用普通字符@.隔开,IP地址分四部分,用.隔开,每一部分都可以用字符类和数量限定符描述。为了表示位置关系,还有位置限定符(Anchor)的概念,将在下面介绍。

规定一些特殊语法表示字符类、数量限定符和位置关系,然后用这些特殊语法和普通字符一起表示一个模式,这就是正则表达式(Regular Expression)。例如email地址的正则表达式可以写成[a-zA-Z0-9_.-]+@[a-zA-Z0-9_.-]+\.[a-zA-Z0-9_.-]+,IP地址的正则表达式可以写成[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}。下一节介绍正则表达式的语法,我们先看看正则表达式在grep中怎么用。例如有这样一个文本文件testfile

192.168.1.1 
1234.234.04.5678 
123.4234.045.678 
abcde

查找其中包含IP地址的行:

$ egrep '[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}' testfile 
192.168.1.1 
1234.234.04.5678

egrep相当于grep -E,表示采用Extended正则表达式语法。grep的正则表达式有Basic和Extended两种规范,它们之间的区别下一节再解释。另外还有fgrep命令,相当于grep -F,表示只搜索固定字符串而不搜索正则表达式模式,不会按正则表达式的语法解释后面的参数。

注意正则表达式参数用单引号括起来了,因为正则表达式中用到的很多特殊字符在Shell中也有特殊含义(例如\),只有用单引号括起来才能保证这些字符原封不动地传给grep命令,而不会被Shell解释掉。

192.168.1.1符合上述模式,由三个.隔开的四段组成,每段都是1到3个数字,所以这一行被找出来了,可为什么1234.234.04.5678也被找出来了呢?因为grep找的是包含某一模式的行,这一行包含一个符合模式的字符串234.234.04.567。相反,123.4234.045.678这一行不包含符合模式的字符串,所以不会被找出来。

grep是一种查找过滤工具,正则表达式在grep中用来查找符合模式的字符串。其实正则表达式还有一个重要的应用是验证用户输入是否合法,例如用户通过网页表单提交自己的email地址,就需要用程序验证一下是不是合法的email地址,这个工作可以在网页的Javascript中做,也可以在网站后台的程序中做,例如PHP、Perl、Python、Ruby、Java或C,所有这些语言都支持正则表达式,可以说,目前不支持正则表达式的编程语言实在很少见。除了编程语言之外,很多UNIX命令和工具也都支持正则表达式,例如grep、vi、sed、awk、emacs等等。“正则表达式”就像“变量”一样,它是一个广泛的概念,而不是某一种工具或编程语言的特性。

 

2. 基本语法

我们知道C的变量和Shell脚本变量的定义和使用方法很不相同,表达能力也不相同,C的变量有各种类型,而Shell脚本变量都是字符串。同样道理,各种工具和编程语言所使用的正则表达式规范的语法并不相同,表达能力也各不相同,有的正则表达式规范引入很多扩展,能表达更复杂的模式,但各种正则表达式规范的基本概念都是相通的。本节介绍egrep(1)所使用的正则表达式,它大致上符合POSIX正则表达式规范,详见regex(7)(看这个man page对你的英文绝对是很好的锻炼)。希望读者仿照上一节的例子,一边学习语法,一边用egrep命令做实验。

表 32.1. 字符类

字符 含义 举例
. 匹配任意一个字符 abc.可以匹配abcdabc9
[] 匹配括号中的任意一个字符 [abc]d可以匹配adbdcd
- []括号内表示字符范围 [0-9a-fA-F]可以匹配一位十六进制数字
^ 位于[]括号内的开头,匹配除括号中的字符之外的任意一个字符 [^xy]匹配除xy之外的任一字符,因此[^xy]1可以匹配a1b1但不匹配x1y1
[[:xxx:]] grep工具预定义的一些命名字符类 [[:alpha:]]匹配一个字母,[[:digit:]]匹配一个数字

表 32.2. 数量限定符

字符 含义 举例
? 紧跟在它前面的单元应匹配零次或一次 [0-9]?\.[0-9]匹配0.02.3.5等,由于.在正则表达式中是一个特殊字符,所以需要用\转义一下,取字面值
+ 紧跟在它前面的单元应匹配一次或多次 [a-zA-Z0-9_.-]+@[a-zA-Z0-9_.-]+\.[a-zA-Z0-9_.-]+匹配email地址
* 紧跟在它前面的单元应匹配零次或多次 [0-9][0-9]*匹配至少一位数字,等价于[0-9]+[a-zA-Z_]+[a-zA-Z_0-9]*匹配C语言的标识符
{N} 紧跟在它前面的单元应精确匹配N次 [1-9][0-9]{2}匹配从100999的整数
{N,} 紧跟在它前面的单元应匹配至少N [1-9][0-9]{2,}匹配三位以上(含三位)的整数
{,M} 紧跟在它前面的单元应匹配最多M [0-9]{,1}相当于[0-9]?
{N,M} 紧跟在它前面的单元应匹配至少N次,最多M [0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}匹配IP地址

再次注意grep找的是包含某一模式的行,而不是完全匹配某一模式的行。再举个例子,如果文本文件的内容是

aaabc 
aad 
efg

查找a*这个模式的结果是三行都被找出来了

$ egrep 'a*' testfile  
aabc 
aad 
efg

a*匹配0个或多个a,而第三行包含0个a,所以也包含了这一模式。单独用a*这样的正则表达式做查找没什么意义,一般是把a*作为正则表达式的一部分来用。

表 32.3. 位置限定符

字符 含义 举例
^ 匹配行首的位置 ^Content匹配位于一行开头的Content
$ 匹配行末的位置 ;$匹配位于一行结尾的;号,^$匹配空行
\< 匹配单词开头的位置 \<th匹配... this,但不匹配ethernettenth
\> 匹配单词结尾的位置 p\>匹配leap ...,但不匹配parentsleepy
\b 匹配单词开头或结尾的位置 \bat\b匹配... at ...,但不匹配catatexitbatch
\B 匹配非单词开头和结尾的位置 \Bat\B匹配battery,但不匹配... attendhat ...

位置限定符可以帮助grep更准确地查找,例如上一节我们用[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}查找IP地址,找到这两行

192.168.1.1 
1234.234.04.5678

如果用^[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}$查找,就可以把1234.234.04.5678这一行过滤掉了。

表 32.4. 其它特殊字符

字符 含义 举例
\ 转义字符,普通字符转义为特殊字符,特殊字符转义为普通字符 普通字符<写成\<表示单词开头的位置,特殊字符.写成\.以及\写成\\就当作普通字符来匹配
() 将正则表达式的一部分括起来组成一个单元,可以对整个单元使用数量限定符 ([0-9]{1,3}\.){3}[0-9]{1,3}匹配IP地址
| 连接两个子表达式,表示或的关系 n(o|either)匹配noneither

以上介绍的是grep正则表达式的Extended规范,Basic规范也有这些语法,只是字符?+{}|()应解释为普通字符,要表示上述特殊含义则需要加\转义。如果用grep而不是egrep,并且不加-E参数,则应该遵照Basic规范来写正则表达式。

3. sed

sed意为流编辑器(Stream Editor),在Shell脚本和Makefile中作为过滤器使用非常普遍,也就是把前一个程序的输出引入sed的输入,经过一系列编辑命令转换为另一种格式输出。sedvi都源于早期UNIX的ed工具,所以很多sed命令和vi的末行命令是相同的。

sed命令行的基本格式为

sed option 'script' file1 file2 ... 
sed option -f scriptfile file1 file2 ...

sed处理的文件既可以由标准输入重定向得到,也可以当命令行参数传入,命令行参数可以一次传入多个文件,sed会依次处理。sed的编辑命令可以直接当命令行参数传入,也可以写成一个脚本文件然后用-f参数指定,编辑命令的格式为

/pattern/action

其中pattern是正则表达式,action是编辑操作。sed程序一行一行读出待处理文件,如果某一行与pattern匹配,则执行相应的action,如果一条命令没有pattern而只有action,这个action将作用于待处理文件的每一行。

表 32.5. 常用的sed命令

/pattern/p 打印匹配pattern的行
/pattern/d 删除匹配pattern的行
/pattern/s/pattern1/pattern2/ 查找符合pattern的行,将该行第一个匹配pattern1的字符串替换为pattern2
/pattern/s/pattern1/pattern2/g 查找符合pattern的行,将该行所有匹配pattern1的字符串替换为pattern2

 

使用p命令需要注意,sed是把待处理文件的内容连同处理结果一起输出到标准输出的,因此p命令表示除了把文件内容打印出来之外还额外打印一遍匹配pattern的行。比如一个文件testfile的内容是

123 
abc 
456

打印其中包含abc的行

$ sed '/abc/p' testfile 
123 
abc 
abc 
456

要想只输出处理结果,应加上-n选项,这种用法相当于grep命令

$ sed -n '/abc/p' testfile 
abc

使用d命令就不需要-n参数了,比如删除含有abc的行

$ sed '/abc/d' testfile 
123 
456

注意,sed命令不会修改原文件,删除命令只表示某些行不打印输出,而不是从原文件中删去。

使用查找替换命令时,可以把匹配pattern1的字符串复制到pattern2中,比如:

$ sed 's/bc/-&-/' testfile 
123 
a-bc- 
456

pattern2中的&表示原文件的当前行中与pattern1相匹配的字符串,再比如:

$ sed 's/\([0-9]\)\([0-9]\)/-\1-~\2~/' testfile 
-1-~2~3 
abc 
-4-~5~6

pattern2中的\1表示与pattern1的第一个()括号相匹配的内容,\2表示与pattern1的第二个()括号相匹配的内容。sed默认使用Basic正则表达式规范,如果指定了-r选项则使用Extended规范,那么()括号就不必转义了。

如果testfile的内容是

<html><head><title>Hello World</title> 
<body>Welcome to the world of regexp!</body></html>

现在要去掉所有的HTML标签,使输出结果为

Hello World 
Welcome to the world of regexp!

怎么做呢?如果用下面的命令

$ sed 's/<.*>//g' testfile

结果是两个空行,把所有字符都过滤掉了。这是因为,正则表达式中的数量限定符会匹配尽可能长的字符串,这称为贪心的(Greedy)[39]。比如sed在处理第一行时,<.*>匹配的并不是<html><head>这样的标签,而是

<html><head><title>Hello World</title>

4. awk

sed以行为单位处理文件,awksed强的地方在于不仅能以行为单位还能以列为单位处理文件。awk缺省的行分隔符是换行,缺省的列分隔符是连续的空格和Tab,但是行分隔符和列分隔符都可以自定义,比如/etc/passwd文件的每一行有若干个字段,字段之间以:分隔,就可以重新定义awk的列分隔符为:并以列为单位处理这个文件。awk实际上是一门很复杂的脚本语言,还有像C语言一样的分支和循环结构,但是基本用法和sed类似,awk命令行的基本形式为:

awk option 'script' file1 file2 ... 
awk option -f scriptfile file1 file2 ...

sed一样,awk处理的文件既可以由标准输入重定向得到,也可以当命令行参数传入,编辑命令可以直接当命令行参数传入,也可以用-f参数指定一个脚本文件,编辑命令的格式为:

/pattern/{actions} 
condition{actions}

sed类似,pattern是正则表达式,actions是一系列操作。awk程序一行一行读出待处理文件,如果某一行与pattern匹配,或者满足condition条件,则执行相应的actions,如果一条awk命令只有actions部分,则actions作用于待处理文件的每一行。比如文件testfile的内容表示某商店的库存量:

ProductA  30 
ProductB  76 
ProductC  55

打印每一行的第二列:

$ awk '{print $2;}' testfile 
30 
76 
55

自动变量$1$2分别表示第一列、第二列等,类似于Shell脚本的位置参数,而$0表示整个当前行。再比如,如果某种产品的库存量低于75则在行末标注需要订货:

$ awk '$2<75 {printf "%s\t%s\n", $0, "REORDER";} $2>=75 {print $0;}' testfile 
ProductA  30    REORDER 
ProductB  76 
ProductC  55    REORDER

可见awk也有和C语言非常相似的printf函数。awk命令的condition部分还可以是两个特殊的conditionBEGINEND,对于每个待处理文件,BEGIN后面的actions在处理整个文件之前执行一次,END后面的actions在整个文件处理完之后执行一次。

awk命令可以像C语言一样使用变量(但不需要定义变量),比如统计一个文件中的空行数

$ awk '/^ *$/ {x=x+1;} END {print x;}' testfile

就像Shell的环境变量一样,有些awk变量是预定义的有特殊含义的:

表 32.6. awk常用的内建变量

FILENAME 当前输入文件的文件名,该变量是只读的
NR 当前行的行号,该变量是只读的,R代表record
NF 当前行所拥有的列数,该变量是只读的,F代表field
OFS 输出格式的列分隔符,缺省是空格
FS 输入文件的列分融符,缺省是连续的空格和Tab
ORS 输出格式的行分隔符,缺省是换行符
RS 输入文件的行分隔符,缺省是换行符

例如打印系统中的用户帐号列表

$ awk 'BEGIN {FS=":"} {print $1;}' /etc/passwd

awk还可以像C语言一样使用if/elsewhilefor控制结构,此处从略。

参考:

1.正则表达式:https://akaedu.github.io/book/ch32.html


本文参考链接:https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/12271473.html