Matching Text with Regular Expressions

Perl可以以多种方式使用正则表达式，最简单的就是检查变量中的文本能否由某个正则表达式匹配。下面的代码检查$reply中所含的字符串，报告这个字符串是否全部由数字构成：

第一行的代码也许有些奇怪：正则表达式是「^[0-9]+$ 」，两边的 m/…/告诉 Perl 该对这个正则表达式进行什么操作。m代表尝试进行“正则表达式匹配（regular expression match）”，斜线用来标记界限（注2）。之前的=～用来连接m/…/和欲搜索的字符串，即本例中的$reply。

请不要混淆=～、=和==。运算符==用来测试两个数字是否相等（我们将会看到，运算符 eq用来测试两个字符串是否相等）。运算符=用来给变量赋值，例如$Celsius=20。最后，=～用来连接正则表达式和待搜索的目标字符串。在这个例子中，要搜索的正则表达式是m/^[0-9]+$/，而目标字符串是$reply。此程序在其他语言中的思路有所不同，我们会在下一章看到例子。

把=～读作“匹配（matches）”可能比较省事，所以

if ($reply=~m/^[0-9]+$/)

读作：

“如果变量$reply所含的文本能够匹配正则表达式「^[0-9]+$」，那么…”

如果「^[0-9]+$」能够匹配$reply的内容，$reply=～m/^[0-9]+$/的返回值就为true，否则为false。if语句使用true/false值来决定输出什么信息。

请注意，如果$reply中包含任意的数字字符，$reply=～m/[0-9]+/（相比之前的表达式，去掉了开头的脱字符和结尾的美元符）的返回值就是 true。两端的「^…$」保证整个$reply只包含数字。

现在把上面两个例子结合起来。首先提示用户输入一个值，接收这个输入，用一个正则表达式来验证，确保输入的是一个数值。如果是，我们就计算相应的华氏温度，否则，我们输出一条报警信息：

请注意最后的print语句有两个转义的双引号，它们的作用并不是标记引用字符串的边界。对大多数语言的文字字符串（literal string）来说，有时候需要转义某些字符，做法跟正则表达式中元字符的转义很相似。在 Perl 中，字符串与正则表达式的区别并非很重要，但是在Java、Python 等语言中却极为重要。“一点题外话——数量丰富的元字符”这一节（☞44）更详细地讨论了这个问题（VB.NET 是个明显的例外，在那里转义双引号用‘””’而不是‘”’）。

如果我们把这段程序保存为c2f，则运行结果如下：

哎呀，看来（至少在某些系统上），Perl的简单的print并不能很好地处理浮点数。

我不想在本章中讨论Perl的细节，但是我告诉你用printf（“格式化输出（print formatted）”）可以解决这个问题：

printf \"%.2f C is%.2f Fn\",$celsius,$fahrenheit;

这里的printf类似C语言中的printf，或者Pascal、Tcl、elisp和Python中的format。它不会更改变量的值，而只是改变显示的方式。现在的结果好看多了：

向更实用的程序前进

Toward a More Real-World Example

让我们扩展这个例子，容许输入负数和可能出现的小数部分。这个问题的计算部分没问题——Perl通常情况下不区分整数和浮点数。不过我们需要修改正则表达式，容许输入负数和浮点数。我们添加一个「-？」来容许最前面的负数符号。实际上，我们可以用「[-+]？」来处理开头的正负号。

要容许可能出现的小数部分，我们添加「（.[0-9]＊）？」。转义的点号匹配小数点，所以「.[0-9]＊」用来匹配小数点和后面可能出现的数字。因为「.[0-9]＊」被「（…）？」所包围，整个子表达式都不是匹配成果所必须的（请注意，它与是截然不同的，对后一个表达式中，即使「.」无法匹配，「[0-9]＊」也能够匹配接下来的数字）。

把这些综合起来，就得到这样的条件判断语句：

它能够匹配 32、-3.723、+98.6这样的文字。不过还不够完善：它不能匹配以小数点开头的数（例如.357）。当然，用户可以添加一个整数位 0 来匹配（例如 0.357），所以我认为这并不是一个严重的问题。这个浮点数问题处理起来得靠些诀窍，我们会在第 5 章详细讲解（☞194）。

成功匹配的副作用

Side Effects of a Successful Match

我们再进一步，让这个表达式能够匹配摄氏和华氏温度。我们让用户在温度的末尾加上 C或者 F 来表示。我们可以在正则表达式的末尾加上「[CF]」来匹配用户的输入，但还需要修改程序的其他部分，以便识别用户输入的温度类型，并进行相应的转换。

在第1章，我们看到过某些版本的egrep支持作为元字符的「1」、「2」、「3」，用来保存前面的括号内的子表达式实际匹配的文本（☞21）。Perl 和其他许多支持正则表达式的语言都支持这些功能，而且匹配成功之后，在正则表达式之外的代码仍然能够引用这些匹配的文本。

我们会在下一章看到各种语言是如何做到这一点的（☞137），但是 Perl 的办法是通过变量$1、$2、$3等等，它们指向第一组、第二组、第三组括号内的子表达式实际匹配的文本。这未免有点奇怪，它们都是变量，而变量名则是数字。正则表达式匹配成功一次，Perl就会设置一次。

总结一下，在尝试匹配时，正则表达式中的元字符「1」指向之前匹配的某些文本，匹配成功之后，在接下来的程序中用$1来引用同样的文本。

为了保持例子的简洁，集中表现新的地方，我先不考虑小数部分，之后再来看它。所以，我们来看$1，请比较：

添加的括号改变了正则表达式的意义吗？为了回答这个问题，我们需要知道，这些括号是否改变了星号或者其他量词的作用对象，或是「|」的意义。答案是，都没有改变，所以这个表达式仍然能够匹配相同的文本。不过，他们确实围住了我们期望匹配字符串中“有价值”文本的子表达式。如图2-1 所示，$1保存那些数字，而$2保存 C或者 F。下一页的图2-2是程序的流程图，我们发现，这个图让我们很容易地决定匹配之后应该干什么。

图2-1：捕获型括号

图2-2：温度转换程序的逻辑流程

示例2-1：温度转换程序

如果上一页的程序名叫convert，我们可以这样使用：

错综复杂的正则表达式

Intertwined Regular Expressions

在 Perl 之类的高级语言中，正则表达式的使用与其他程序的逻辑是混合在一起的。为了说明这一点，我们对这个程序做三点改进：像之前一样能够接收浮点数，容许 f或者 c是小写，容许数字和字母之间存在空格。这三点全都完成之后，程序就能够接收‘98.6·f’的输入。

我们已经知道，添加「（.[0-9]＊）？」就能够处理浮点数：

请注意，它添加在第一个括号内部，因为我们用第一组括号内的子表达式来捕获温度的值，我们当然希望它能够包含小数部分。不过，增加了这组括号之后，即使它只是用来分组问号限定的对象，也会影响到引用捕获文本的变量。因为这组括号的开括号在整个表达式中排在第二位（从左向右数），所以它匹配的文本存入$2（见图2-3）。

图2-3：嵌套的括号

图2-3说明了括号的嵌套关系。在「[CF]」之前添加一组括号并不会直接影响整个正则表达式的意义，但是会产生间接的影响，因为现在「[CF]」所在的括号排在第 3 位。这也意味着我们需要把$type的赋值从$2改为$3（如果不希望这么做，可以参考下一页的补充内容）。

接下来，我们要处理数字和字母之间可能出现的空格。我们知道，正则表达式中的空格字符正好对应匹配文本中的空格字符，所以「·＊」能够匹配任意数目的空格（但并不是必须出现空格）：

但这样还不够灵活，而我们希望的是开发一个能够实际应用的程序，所以必须容许其他的空白字符（whitespace）。例如常见的制表符（tabs）。但是「＊」并不能匹配空格，所以我们需要一个字符组来匹配两者「[]＊」。

请把上面这个子表达式与「（·＊|＊）」进行对比，你能发现这其中的巨大差异吗？ϖ请翻到下一页查看答案。

本书中空格字符和制表符都很常见，因为我使用·和来表示它们。不幸的是，在屏幕上却不是如此。如果你见到＊，在没有实际测试过以前，只能猜测这是空格符还是制表符。为了方便使用，Perl提供了「t」这个元字符。它能够匹配制表符——相比真正的制表符，它的好处就在于看得更清楚，所以我会在正则表达式中采用这个元字符。于是「[· ]＊」变成「[·t]＊」。

Perl还提供了一些简便的元字符，例如「n」（表示换行符），「f」（ASCII的进纸符formfeed），和「b」（退格符）。不过，确切地说，「b」在某些情况下是退格符，有些情况下又表示单词分界符。它怎么能身兼数职呢？下一节我们会看到。

一点题外话——数量丰富的元字符

在前面的例子里我们见到了n，但是n都出现在字符串而不是正则表达式中。就像多数语言一样，Perl的字符串也有自己的元字符，它们完全不同于正则表达式元字符。新程序员常犯的错误就是混淆了这两个概念（VB.NET是个例外，因为其中字符串的元字符少得可怜）。字符串的元字符中有一些跟正则表达式中对应的元字符一模一样。你可以在字符串中用t加入制表符，也可以在正则表达式中用元字符「t」来匹配制表符。

这种相似性无疑方便了使用，但是我必须强调区分这两种元字符的重要性。对于t这样简单的情况来说或许并不重要，但对于我们将要看到的各种不同的语言和工具来说，知道在什么情况下应该使用什么元字符是极其重要的。

我们已经见过不同的字符组之间的冲突。在第1章，使用egrep时，我们把正则表达式包含在单引号中。整个egrep命令行写在command-shell提示符，shell能够认出它自己的元字符。例如，对shell来说，空格符就是一个元字符，它用来分隔命令和参数，或者参数与参数。在许多shell中，单引号是元字符，单引号内的字符串中的字符不需要被当作元字符处理（DOS使用双引号）。

在shell中使用引号容许我们在正则表达式中使用空格。否则，shell会把空格认作参数之间的分隔符，而不是把整个正则表达式传递给egrep。许多shell能够识别的元字符包括$、＊、？之类——我们在正则表达式中也会用到这些元字符。

目前，所有关于shell的元字符和Perl字符串的元字符的讨论都还与正则表达式本身没有任何关联，但它们会影响到现实环境中正则表达式的使用。随着阅读的深入，我们会见到许多（有时候还很复杂）情况，我们需要同时在不同层级上使用元字符交互（multiple levels of simultaneously interacting metacharacters）。

那么「b」的情况呢？这是一个正则表达式的问题：在Perl的正则表达式中，「b」通常是匹配一个单词分界符的，但是在字符组中，它匹配一个退格符。单词分界符作为字符组的一部分则没有任何意义，所以Perl完全可以用它来匹配其他的字符。第1章曾提醒我们，字符组“子语言”的规范不同于正则表达式主体，这条规则也适用于Perl（包括任何其他流派的正则表达式）。

用s匹配所有“空白”

讨论空白的问题时，我们最后使用的是「[·t]＊ 」。这样做没问题，但许多流派的正则表达式提供了一种方便的办法：「s」。「s」看起来类似「t」，「t」代表制表符，而「s」则能表示所有表示“空白字符（whitespace character）”的字符组，其中包括空格符、制表符、换行符和回车符。在我们的例子中，换行符和回车符并不需要特别考虑，但是「s＊」显然比「[·t]＊」要简洁。而且不久你就会习惯这种表示法，在复杂的表达式中，「s＊」更加易于理解。

现在我们的程序变成：

最后，我们还必须能够处理表示温度制式的小写字母。简单的办法是直接把小写字母添加到字符组中，「[CFcf]」。不过，我更愿意使用另一种办法：

$input=~m/^([-+]?[0-9]+(.[0-9]＊)?)s＊([CF])$/i

添加的这个i称作“修饰符（modifier）”，把它放在m/…/结构之后，告诉Perl进行不区分大小写的匹配。修饰符其实不是正则表达式的一部分，而是m/…/结构的一部分，这个结构告诉Perl使用者的意图（应用一个正则表达式），以及采用的正则表达式（在斜线之间的部分）。我们曾看到过这种功能，即egrep的-i参数（☞15）。

时时刻刻说“i修饰符（the i modifier）”有点麻烦，所以我们通常说“/i”，即使真正的写法并不是“/i”。/i 只是在 Perl 中指定修饰符的办法之一——在下一章，我们会看到其他的办法，以及其他语言实现此功能的写法。在本章后面的部分，我们还会看到其他的修饰符，例如/g（表示“全局匹配（global match）”）以及/x（表示“宽松排列的表达式（free-form expressions）”）。

现在，我们已经做了不少修改了，来看看新的程序：

哎呀！你是否注意到了，第二次运行时我们输入的是摄氏50度，结果被认成了华氏50度？看看程序的逻辑，你找出问题了吗？

再来看程序的片段：

虽然我们的正则表达式能够接受小写的f，程序的其他部分却没有相应的修改。在这个程序里，只有$type是‘C’的时候，才作为摄氏度处理。因为程序同样可以接受小写的 c，我们需要修改$type的判断：

if ($type eq \"C\" or $type eq \"c\") {

实际上，因为本书是关于正则表达式的，我或许这样做：

if ($type=~m/c/i) {

现在，大小写的情况都能应付了。最终的程序如下所示。这个例子告诉我们，正则表达式的使用方式，可能会影响到程序的其他部分。

示例2-2：温度转换程序——最终版本

暂停片刻

Intermission

尽管本章的大部分篇幅是关于熟悉Perl的，但也遇到了许多新的关于正则表达式的知识。

1.许多工具都有自己的正则表达式流派。Perl 和egrep 可能属于同一个流派，但是Perl 的正则表达式中的元字符更多。许多其他的语言，类似Java、Python、.NET和TCL，它们的流派类似Perl。

2.Perl用$variable=～m/regex/来判断一个正则表达式是否能匹配某个字符串。m表示“匹配（match）”，而斜线用来标注正则表达式的边界（它们本身不属于正则表达式）。整个测试语句作为一个单元，返回true或者false值。

3.元字符——具有特殊意义的字符——的定义在正则表达式中并不是统一的。之前在关于shell和双引号引用的字符串的例子中我们讲过，元字符的含义取决于具体的情况。了解具体情况（shell、正则表达式、字符串），其中的元字符及其作用，对学习和使用Perl、PHP、Java、Tcl、GNU Emacs、awk、Python 或其他高级语言是非常重要的（当然，在正则表达式内部，字符组有自己的“子语言”，其中的元字符是不同的）。

4.Perl和其他流派的正则表达式提供了许多有用的简记法（shorthands）：

5./i修饰符表示此测试不区分大小写。尽管写法是“/i”，其实“i”只是跟在表示结尾的斜线之后。

6.「（？：…）」这个麻烦的写法可以用来分组文本，但并不捕获。

7.匹配成功之后，Perl可以用$1、$2、$3之类的变量来保存相对应的「（…）」括号内的子表达式匹配的文本。使用这些变量，我们能够用正则表达式从字符串中提取信息（其他的语言所使用的方式有所不同，我们会在下一章看到例子）。

子表达式的编号按照开括号的出现先后排序，从 1 开始。子表达式可以嵌套，例如「（Washington（·DC）？）」。如果只是希望分组，也可以使用「（…）」，但副作用是，它们捕获的文本仍然会保存到特殊的变量中。