文章目录
  1. 1. 诞生期
  2. 2. 成长期
  3. 3. 成熟期
    1. 3.1. POSIX标准
    2. 3.2. PCRE标准
  4. 4. 总结
  5. 5. 参考

相信大家对于正则表达式都不陌生,在文本处理中或多或少的都会使用到它。但是,我们在使用linux下的文本处理工具如awk、sed等时,正则表达式的语法貌似还不一样,在awk中能正常工作的正则,在sed中总是不起作用,这是为什么呢?

这个问题产生的缘由是因为正则表达式不断演变的结果,为了弄清楚这些工具使用的正则语法的不同,我们有必要去简单了解下正则的演变过程,做到知己知彼。当然这个过程本身也是很精彩的,我这里抛砖引玉,希望对大家正确使用正则表达式有所帮助。

诞生期

正则表示式这一概念最早可以追溯到20世纪40年代的两个神经物理学家Warren McCulloch与Walter Pitts,他们将神经系统中的神经元描述成小而简单的自动控制元;紧接着,在50年代,数学家1950年代,数学家Stephen Kleene利用称之为“正则集合”的数学符号来描述此模型,并且建议使用一个简单的概念来表示,于是regular expressions就正式登上历史舞台了。插播一下,这个Kleene可不是凡人,大家都知道图灵是现代人工智能之父,那图灵的博导是Alonzo Church,提出了lambda表达式,而Church的老师,就是Kleene了。关于lambda,之前也写过一篇文章,大家可以参考编程语言的基石——Lambda calculus

在接下来的时间里,一直到60年代的这二十年里,正则表示式在理论数学领略得到了长足的发展,Robert Constable为数学发烧友们写了一篇总结性文章The Role of Finite Automata in the Development of Modern Computing Theory,由于版权问题,我在网上没找到这篇文章,大家有兴趣的可以参考Basics of Automata Theory

Ken Thompson大牛在1968年发表了Regular Expression Search Algorithm论文,紧接着Thompson根据这篇论文的算法实现了qed,qed是unix上编辑器ed的前身。ed所支持的正则表示式并不比qed的高级,但是ed是第一个在非技术圈广泛传播的工具,ed有一个命令可以展示文本中符合给定正则表达式的行,这个命令是g/Regular Expression/p,在英文中读作“Global Regular Expression Print”,由于这个命令非常实用,所以后来有了grep、egrep这两个命令。

成长期

相比egrep,grep只支持很少的元符号,是支持的(但不能用于分组中),但是+|?是不支持的;而且,分组时需要加上反斜线转义,像\( ...\)这样才行,由于grep的缺陷性日渐明显,AT&T的Alfred Aho实在受不了了,于是egrep诞生了,这里的e表示extended,加强版的意思,支持了+|?这三个元符号,并且可以在分组中使用*,分组可以直接写成(...),同时用\1,\2...来引用分组。

在grep、egrep发展的同时,awk、lex、sed等程序也开始发展起来,而且每个程序所支持的正则表达式都或多或少的和其他的不一样,这应该算是正则表达式发展的混乱期,因为这些程序在不断的发展过程中,有时新增加的功能因为bug原因,在后期的版本中取消了该功能,例如,如果让grep支持元符号+的话,那么grep就不能表示字符+了,而且grep的老用户会对这很反感。

成熟期

这种混乱度情况一直持续到了1986年。在1986年,POSIX(Portable Operating System Interface)标准公诸于世,POSIX制定了不同的操作系统都需要遵守的一套规则,当然,正则表达式也包括其中。

当然,除了POSIX标准外,还有一个Perl分支,也就是我们现在熟知的PCRE,随着Perl语言的发展,Perl语言中的正则表达式功能越来越强悍,为了把Perl语言中正则的功能移植到其他语言中,PCRE就诞生了。现在的编程语言中的正则表达式,大部分都属于PCRE这个分支。

下面分别所说这两个分支。

POSIX标准

POSIX把正则表达式分为两种(favor):BRE(Basic Regular Expressions)与ERE(Extended Regular Expressions )。所有的POSIX程序可以选择支持其中的一种。具体规范如下表:
 posix-regexp-favor

从上图可以看出,有三个空白栏,那么是不是就意味这无法使用该功能了呢?答案是否定的,因为我们现在使用的linux发行版,都是集成GNU套件的,GNU是Gnu’s Not Unix的缩写,GNU在实现了POXIS标准的同时,做了一定的扩展,所以上面空白栏中的功能也能使用。下面一一讲解:

  1. BRE如何使用+?呢?需要用\+\?
  2. BRE如何使用|呢?需要用\|
  3. ERE如何使用\1\2\9这样的反引用?和BRE一样,就是\1\2\9

通过上面总结,可以发现:GNU中的ERE与BRE的功能相同,只是语法不同(BRE需要用\进行转义,才能表示特殊含义)。例如a{1,2},在ERE表示的是aaa,在BRE中表示的是a{1,2}这个字符串。为了能够在Linux下熟练使用文本处理工具,我们必须知道这些命令支持那种正则表达式。现对常见的命令总结如下:

- 使用BRE语法的命令有:grep、ed、sed、vim
- 使用ERE语法的命令有:egrep、awk、emacs

当然,这也不是绝对的,比如 sed 通过-r选项就可以使用ERE了,大家到时自己man一下就可以了。

还值得一提的是POSIX还定义了一些shorthand,具体如下:

  • [:alnum:]
  • [:alpha:]
  • [:cntrl:]
  • [:digit:]
  • [:graph:]
  • [:lower:]
  • [:print:]
  • [:punct:]
  • [:space:]
  • [:upper:]
  • [:xdigit:]

在使用这些shorthand时有一个约束:必须在[]中使用,也就是说如果像匹配0-9的数字,需要这么写[[:alnum:]],取反就是[^[:alnum:]]。shorhand 在BRE与EBE中的用法相同。

如果你对sed、awk比较熟悉,你会发现我们平常在变成语言中用的\d\w在这些命令中不能用,原因很简单,因为POSIX规范根本没有定义这些shorthand,这些是由下面将要说的PCRE中定义的。

PCRE标准

Perl语言第一版是由Larry Wall发布于1987年12月,Perl在发布之初,就因其强大的功能而一票走红,Perl的定位目标就是“天天要使用的工具”。Perl比较显诸特征之一是与sed与awk兼容,这造就了Perl成为第一个通用性脚本语言。

随着Perl的不断发展,其支持的正则表达式的功能也越来越强大。其中影响较大的是于1994年10月发布的Perl 5,其增加了很多特性,比如non-capturing parentheses、lazy quantifiers、look-ahead、元符号\G等等。

正好这时也是WWW兴起的时候,而Perl就是为了文本处理而发明的,所以Perl基本上成了web开发的首选语言。Perl语言应用是如此广泛,以至于其他语言开始移植Perl,最终Perl compatible(兼容)的PCRE诞生了,这其中包括了Tcl, Python, Microsoft’s .NET , Ruby, PHP, C/C++, Java等等。

前面说了shorthand在POSIX与PCRE是不同的,PCRE中我们常用的有如下这些:

  • \w 表示[a-zA-Z]
  • \W 表示[^a-zA-Z]
  • \s 表示[ \t\r\n\f]
  • \S 表示[^ \t\r\n\f]
  • \d 表示[1-9]
  • \D 表示[^1-9]
  • \< 表示一个单词的起始
  • \> 表示一个单词的结尾

关于shorthand在两种标准的比较,更多可参考Wikipedia

总结

我相信大家最初接触正则表达式(RE)这东西,都是在某个语言中,像 Java、Python等,其实这些语言的正则表达式都是基于PCRE标准的。
而Linux下使用各种处理文本的命令,是继承自POSIX标准,不过是由GNU扩展后的而已。

大家如果对 sed、awk命令不熟悉,可以参考耗子叔下面的两篇文章:

参考


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  2. 2. 成长期
  3. 3. 成熟期
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  5. 5. 参考