高性能的正则表达式效率优化,正则表达式经典案例
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高性能的正则表达式效率优化，一起来看看吧，希望能帮助到您，更多请关注豪仕知识网。
前言
编写高性能的正则表达式，有如下几条规则，这几条规则是本人总结出来的：
1、使用正确的边界匹配器（^、$、\b、\B等）
2、使用具体的元字符、字符类（\d、\w、\s等）
3、使用正确的量词（+、*、?、{n,m}）
4、使用非捕获组、原子组
5、注意量词的嵌套
其实正则表达式的很多优化技巧都是围绕着“减少回溯”这样一个原则进行优化的。
至于什么是“回溯”，笔者就不在这里重复了，以下通过具体的例子理解这样的过程。
示例
一、以下是一则匹配电子邮件地址的正则表达式：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
先一步步的解析：
1、^\w+：表示必须以字符开始， 且是一个或者多个；
2、([\.-]?\w+)*中的“[\.-]?”表示匹配“.”或者“-”，零次或者一次；
3、([\.-]?\w+)*中的“\w+”则表示匹配一个或者多个的字符；
4、([\.-]?\w+)*整个则表示匹配.xxx、-xxx或者xxx这样的字符，且零次或者多次；
5、第1-4步，则匹配sunny或者sunny.yang这样的字符；
6、“@”则是具体元，匹配具体的@；
7、 \w+：则表示匹配的一个或者多个的字符，因为email不可能这样嘛：sunny@.gmail.com；
8、([\.-]?\w+)*：则跟第2-4步一样，匹配.163、-lib、.gd这样的字符，且零次或者多次；
9、(\.\w{2,3})+$：则匹配.com、.cc这样结尾的域名，且因为\w{2,3}限定了长度必须为2-3位，所以不能匹配.c、.n这样的字符。
乍看这样一个解析过程没问题，逻辑正确，但其实暗藏很多问题，看看以下的一个匹配图，backtrack则表示回溯（使用RegexBuddy可以很清晰的看到这过程）
整个成功的匹配过程经历了55步，我们先分析下整个匹配过程：
1、图中的第1和2步，匹配^\w+，匹配成功，匹配了“admin”;
2、图中第3步，匹配[\.-]?，当然由于不存在“.”和“-”，因此没匹配上具体的字符，但又由于“?”的限定，可以匹配零或者一次，因此这个子表达式匹配成功，虽然没匹配上具体的字符。
3、图中第4步，匹配\w+，由于“+”限定一个或者多个以上字符，但后续已经没[a-zA-Z0-9]可以匹配了，因此产生回溯，回溯到上次匹配成功的位置，也就admin；
4、图中第5步，因为上一步产生了回溯，所以“[\.-]?\w+”匹配了零次，由于([\.-]?\w+)*中限定零次或者多次，因此也匹配成功，也没匹配上具体的字符；
以下步骤，匹配该过程：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
5、图中第6步，匹配了“@” ，第7步匹配了“\w+”，即匹配了“open”；
6、图中第8-13步，匹配“([\.-]?\w+)*” ，匹配了“-lib”、“.com”，匹配“.com”可能与我们期望不相符，我们期望这子表达式匹配的是www.xx.gd.cn中的“.gd”；
7、图中第7-10步，匹配了open-lib，第7-13步则匹配了open-lib.com；
8、因为“([\.-]?\w+)*”中的量词是“*”，则继续重复这个过程；
9、 图中第14步，匹配“([\.-]?\w+)*”中的“[\.-]?”，因为此时指针已经位于@open-lib.com之后了，但由于量词“?”，因此也匹配成功，但没匹配上字符，也没字符可匹配；
10、 图中第15步，匹配“([\.-]?\w+)*”中的“\w+”，此时指针仍位于字符串末尾，没任何字符能匹配，所以匹配失败，产生回溯，回到上次成功的位置，即图中的第13步，继续下个表达式的匹配；
11、 图中第16步，匹配(\.\w{2,3})+中的“\.”，由于没有任何字符能匹配，匹配失败，进行回溯；
12、图中第17步 ，(\.\w{2,3})+中量词“+”，表示该表达式必须匹配一次或者多次，由于上一步匹配失败了，所以匹配零次，但不符合一次或者多次的限定，因此继续回溯；
13、由于上一步匹配失败，需要进行回溯，因此表达式没有更多的分支了，只能将指针回退一个字符，回溯上次成功的位置，即([\.-]?\w+)*中\w+的位置（这是上次产生分支的位置）；
14、图中剩下的步骤，就重复着匹配([\.-]?\w+)*，回退字符，匹配(\.\w{2,3})+这样的过程，直到匹配成功。
二、以下看看另外一则同样匹配邮件地址的正则表达式：
^\w+([-\.]\w+)*@\w+([-\.]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
这个正则跟上面的看起来貌似差不多，不过细看还是有区别的，也先一步步来解析：
1、^\w+：表示必须以字符开始， 且是一个或者多个（这一步与上面的一样）；
2、([-\.]\w+)*中的“[-\.]”表示匹配“-”或者“.”；
3、([-\.]\w+)*中的“\w+”则表示匹配一个或者多个的字符；
4、([-\.]\w+)*整个则表示匹配.xxx、-xxx这样的字符，且零次或者多次；
5、第1-4步，则匹配sunny或者sunny.yang这样的字符；
6、“@”则是具体元，匹配具体的“@”；
7、 \w+：则表示匹配的一个或者多个的字符，因为email不可能这样嘛：sunny@.gmail.com；
8、([-\.]\w+)*：则跟第2-4步一样，匹配.163、-lib、.gd这样的字符，且零次或者多次；
9、“\.”则是具体元，匹配“.”；
10、\w+：则匹配一个或者多个字符；
11、([-\.]\w+)*：则匹配“.com”、“-lib”、“.c”这样的字符，且可以零次或者多次；
12、$：则表示结尾
乍看这个正则的步骤过程貌似比上一则长，其实不然，同时这个正则也存在着问题，先看看匹配图，同样backtrack表示回溯：
对的，你没看错，整个正确的匹配过程用了19步，对比前面的55步，简直天与地的差别。，我们继续分析下匹配过程：
1、图中的第1和2步，匹配^\w+，匹配成功，匹配了“admin”;
2、图中第3步，匹配[-\.]，当然由于不存在“.”和“-”，因此没匹配上具体的字符，也没具体的量词允许匹配零次，所以不用继续往下匹配了，因此直接产生了回溯；
3、图中第4步，因为上一步产生了回溯，所以“[-\.]\w+”匹配了零次，由于([-\.]\w+)*中限定零次或者多次，因此也匹配成功，也没匹配上具体的字符；
以下步骤，匹配该过程：
^\w+([-\.]\w+)*@\w+([-\.]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
4、图中第6步\w+，匹配了open；
5、图中第7-12步匹配([-\.]\w+)*，匹配了“-lib”和“.com”；
6、因为“([-\.]\w+)*”中的量词是“*”，则继续重复这个过程；
7、图第13步，匹配([-\.]\w+)*，因为此时指针已经位于@open-lib.com之后了，也没具体的量词允许匹配零次，因此匹配失败，回溯到上次成功的位置；
8、图第14步，匹配([-\.]\w+)*$中的“[-\.]”，此时指针仍位于字符串末尾，没任何字符能匹配，所以匹配失败，产生回溯，回到上次成功且还没尝试过的位置，即图中的第9步；
9、经过上面的回溯，指针已经位于@open-lib之后的位置了；
10、图第15步匹配了“.”，第16步\w+则匹配了“com” ；
11、图第17步匹配([-\.]\w+)*，由于此时指针又位于字符串末尾，因此[-\.]部分没匹配上任何字符，因此产生回溯；
12、图第18步，由于([-\.]\w+)*的量词是“*”，表示匹配零次或多次，虽然子表达式[-\.]匹配失败，所以整个表达式匹配了零次，也是匹配成功；
13、最后一步第19步，“$”表示末尾匹配，因为此时指针位于字符串末尾，故符合，因此也匹配成功。
分析
整个匹配过程关键优化地方，还是回溯，两个示例表达式看起来相近，匹配过程也部分类似，但两个例子的效率却如此大的分别，现在来分析一下造成回溯的原因。
对比下两个表达式不同的部分：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
^\w+([\.-]\w+)*@\w+([\.-]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
前言
编写高性能的正则表达式，有如下几条规则，这几条规则是本人总结出来的：
1、使用正确的边界匹配器（^、$、\b、\B等）
2、使用具体的元字符、字符类（\d、\w、\s等）
3、使用正确的量词（+、*、?、{n,m}）
4、使用非捕获组、原子组
5、注意量词的嵌套
其实正则表达式的很多优化技巧都是围绕着“减少回溯”这样一个原则进行优化的。
至于什么是“回溯”，笔者就不在这里重复了，以下通过具体的例子理解这样的过程。
示例
一、以下是一则匹配电子邮件地址的正则表达式：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
先一步步的解析：
1、^\w+：表示必须以字符开始， 且是一个或者多个；
2、([\.-]?\w+)*中的“[\.-]?”表示匹配“.”或者“-”，零次或者一次；
3、([\.-]?\w+)*中的“\w+”则表示匹配一个或者多个的字符；
4、([\.-]?\w+)*整个则表示匹配.xxx、-xxx或者xxx这样的字符，且零次或者多次；
5、第1-4步，则匹配sunny或者sunny.yang这样的字符；
6、“@”则是具体元，匹配具体的@；
7、 \w+：则表示匹配的一个或者多个的字符，因为email不可能这样嘛：sunny@.gmail.com；
8、([\.-]?\w+)*：则跟第2-4步一样，匹配.163、-lib、.gd这样的字符，且零次或者多次；
9、(\.\w{2,3})+$：则匹配.com、.cc这样结尾的域名，且因为\w{2,3}限定了长度必须为2-3位，所以不能匹配.c、.n这样的字符。
乍看这样一个解析过程没问题，逻辑正确，但其实暗藏很多问题，看看以下的一个匹配图，backtrack则表示回溯（使用RegexBuddy可以很清晰的看到这过程）
整个成功的匹配过程经历了55步，我们先分析下整个匹配过程：
1、图中的第1和2步，匹配^\w+，匹配成功，匹配了“admin”;
2、图中第3步，匹配[\.-]?，当然由于不存在“.”和“-”，因此没匹配上具体的字符，但又由于“?”的限定，可以匹配零或者一次，因此这个子表达式匹配成功，虽然没匹配上具体的字符。
3、图中第4步，匹配\w+，由于“+”限定一个或者多个以上字符，但后续已经没[a-zA-Z0-9]可以匹配了，因此产生回溯，回溯到上次匹配成功的位置，也就admin；
4、图中第5步，因为上一步产生了回溯，所以“[\.-]?\w+”匹配了零次，由于([\.-]?\w+)*中限定零次或者多次，因此也匹配成功，也没匹配上具体的字符；
以下步骤，匹配该过程：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
5、图中第6步，匹配了“@” ，第7步匹配了“\w+”，即匹配了“open”；
6、图中第8-13步，匹配“([\.-]?\w+)*” ，匹配了“-lib”、“.com”，匹配“.com”可能与我们期望不相符，我们期望这子表达式匹配的是www.xx.gd.cn中的“.gd”；
7、图中第7-10步，匹配了open-lib，第7-13步则匹配了open-lib.com；
8、因为“([\.-]?\w+)*”中的量词是“*”，则继续重复这个过程；
9、 图中第14步，匹配“([\.-]?\w+)*”中的“[\.-]?”，因为此时指针已经位于@open-lib.com之后了，但由于量词“?”，因此也匹配成功，但没匹配上字符，也没字符可匹配；
10、 图中第15步，匹配“([\.-]?\w+)*”中的“\w+”，此时指针仍位于字符串末尾，没任何字符能匹配，所以匹配失败，产生回溯，回到上次成功的位置，即图中的第13步，继续下个表达式的匹配；
11、 图中第16步，匹配(\.\w{2,3})+中的“\.”，由于没有任何字符能匹配，匹配失败，进行回溯；
12、图中第17步 ，(\.\w{2,3})+中量词“+”，表示该表达式必须匹配一次或者多次，由于上一步匹配失败了，所以匹配零次，但不符合一次或者多次的限定，因此继续回溯；
13、由于上一步匹配失败，需要进行回溯，因此表达式没有更多的分支了，只能将指针回退一个字符，回溯上次成功的位置，即([\.-]?\w+)*中\w+的位置（这是上次产生分支的位置）；
14、图中剩下的步骤，就重复着匹配([\.-]?\w+)*，回退字符，匹配(\.\w{2,3})+这样的过程，直到匹配成功。
二、以下看看另外一则同样匹配邮件地址的正则表达式：
^\w+([-\.]\w+)*@\w+([-\.]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
这个正则跟上面的看起来貌似差不多，不过细看还是有区别的，也先一步步来解析：
1、^\w+：表示必须以字符开始， 且是一个或者多个（这一步与上面的一样）；
2、([-\.]\w+)*中的“[-\.]”表示匹配“-”或者“.”；
3、([-\.]\w+)*中的“\w+”则表示匹配一个或者多个的字符；
4、([-\.]\w+)*整个则表示匹配.xxx、-xxx这样的字符，且零次或者多次；
5、第1-4步，则匹配sunny或者sunny.yang这样的字符；
6、“@”则是具体元，匹配具体的“@”；
7、 \w+：则表示匹配的一个或者多个的字符，因为email不可能这样嘛：sunny@.gmail.com；
8、([-\.]\w+)*：则跟第2-4步一样，匹配.163、-lib、.gd这样的字符，且零次或者多次；
9、“\.”则是具体元，匹配“.”；
10、\w+：则匹配一个或者多个字符；
11、([-\.]\w+)*：则匹配“.com”、“-lib”、“.c”这样的字符，且可以零次或者多次；
12、$：则表示结尾
乍看这个正则的步骤过程貌似比上一则长，其实不然，同时这个正则也存在着问题，先看看匹配图，同样backtrack表示回溯：
对的，你没看错，整个正确的匹配过程用了19步，对比前面的55步，简直天与地的差别。，我们继续分析下匹配过程：
1、图中的第1和2步，匹配^\w+，匹配成功，匹配了“admin”;
2、图中第3步，匹配[-\.]，当然由于不存在“.”和“-”，因此没匹配上具体的字符，也没具体的量词允许匹配零次，所以不用继续往下匹配了，因此直接产生了回溯；
3、图中第4步，因为上一步产生了回溯，所以“[-\.]\w+”匹配了零次，由于([-\.]\w+)*中限定零次或者多次，因此也匹配成功，也没匹配上具体的字符；
以下步骤，匹配该过程：
^\w+([-\.]\w+)*@\w+([-\.]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
4、图中第6步\w+，匹配了open；
5、图中第7-12步匹配([-\.]\w+)*，匹配了“-lib”和“.com”；
6、因为“([-\.]\w+)*”中的量词是“*”，则继续重复这个过程；
7、图第13步，匹配([-\.]\w+)*，因为此时指针已经位于@open-lib.com之后了，也没具体的量词允许匹配零次，因此匹配失败，回溯到上次成功的位置；
8、图第14步，匹配([-\.]\w+)*$中的“[-\.]”，此时指针仍位于字符串末尾，没任何字符能匹配，所以匹配失败，产生回溯，回到上次成功且还没尝试过的位置，即图中的第9步；
9、经过上面的回溯，指针已经位于@open-lib之后的位置了；
10、图第15步匹配了“.”，第16步\w+则匹配了“com” ；
11、图第17步匹配([-\.]\w+)*，由于此时指针又位于字符串末尾，因此[-\.]部分没匹配上任何字符，因此产生回溯；
12、图第18步，由于([-\.]\w+)*的量词是“*”，表示匹配零次或多次，虽然子表达式[-\.]匹配失败，所以整个表达式匹配了零次，也是匹配成功；
13、最后一步第19步，“$”表示末尾匹配，因为此时指针位于字符串末尾，故符合，因此也匹配成功。
分析
整个匹配过程关键优化地方，还是回溯，两个示例表达式看起来相近，匹配过程也部分类似，但两个例子的效率却如此大的分别，现在来分析一下造成回溯的原因。
对比下两个表达式不同的部分：
^\w+([\.-]?\w+)*@\w+([\.-]?\w+)*(\.\w{2,3})+$
^\w+([\.-]\w+)*@\w+([\.-]\w+)*\.\w+([-\.]\w+)*$
综上所述，以上就是关于高性能的正则表达式效率优化的全部内容了，字数约14053字，希望能够解决你的困惑。豪仕知识网往后会继续推荐高性能的正则表达式效率优化相关内容。
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2024-01-05 14:27:59 正则表达式高性能效率 -
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