Java正则表达式详解

正则表达式（Regular Expression）又称正规表示法、常规表示法，在代码中常简写为 regex、regexp 或 RE，它是计算机科学的一个概念。

正则表达式是一个强大的字符串处理工具，可以对字符串进行查找、提取、分割、替换等操作，是一种可以用于模式匹配和替换的规范。一个正则表达式就是由普通的字符（如字符 a~z）以及特殊字符（元字符）组成的文字模式，它用以描述在查找文字主体时待匹配的一个或多个字符串。

String 类里也提供了如下几个特殊的方法。

• boolean matches(String regex)：判断该字符串是否匹配指定的正则表达式。
• String replaceAll(String regex, String replacement)：将该字符串中所有匹配 regex 的子串替换成 replacement。
• String replaceFirst(String regex, String replacement)：将该字符串中第一个匹配 regex 的子串替换成 replacement。
• String[] split(String regex)：以 regex 作为分隔符，把该字符串分割成多个子串。

上面这些特殊的方法都依赖于 Java 提供的正则表达式支持，除此之外，Java 还提供了 Pattern 和 Matcher 两个类专门用于提供正则表达式支持。

很多读者都会觉得正则表达式是一个非常神奇、高级的知识，其实正则表达式是一种非常简单而且非常实用的工具。正则表达式是一个用于匹配字符串的模板。实际上，任意字符串都可以当成正则表达式使用。例如“abc”，它也是一个正则表达式，只是它只能匹配“abc”字符串。

如果正则表达式仅能匹配“abc”这样的字符串，那么正则表达式也就不值得学习了。正则表达式作为一个用于匹配字符串的模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进行匹配。本文简单了解一下如何使用正则表达式来操作字符串。

正则表达式支持字符

创建正则表达式就是创建一个特殊的字符串。正则表达式所支持的合法字符如表 1 所示。

表 1 正则表达式所支持的合法字符

字符	解释
X	字符x（x 可代表任何合法的字符)
\0mnn	八进制数 0mnn 所表示的字符
\xhh	十六进制值 0xhh 所表示的字符
\uhhhh	十六进制值 0xhhhh 所表示的 Unicode 字符
\t	制表符（“\u0009”）
\n	新行（换行）符（‘\u000A’）
\r	回车符（‘\u000D’)
\f	换页符（‘\u000C’）
\a	报警（bell）符（‘\u0007’）
\e	Escape 符（‘\u001B’）
\cx	x 对应的的控制符。例如，\cM匹配 Ctrl-M。x 值必须为 A~Z 或 a~z 之一。

除此之外，正则表达式中有一些特殊字符，这些特殊字符在正则表达式中有其特殊的用途，比如前面介绍的反斜线\。

如果需要匹配这些特殊字符，就必须首先将这些字符转义，也就是在前面添加一个反斜线\。正则表达式中的特殊字符如表 2 所示。

表 2 正则表达式中的特殊字符

特殊字符	说明
$	匹配一行的结尾。要匹配 $ 字符本身，请使用\$
^	匹配一行的开头。要匹配 ^ 字符本身，请使用\^
()	标记子表达式的开始和结束位置。要匹配这些字符，请使用\(和\)
[]	用于确定中括号表达式的开始和结束位置。要匹配这些字符，请使用\[和\]
{}	用于标记前面子表达式的出现频度。要匹配这些字符，请使用\{和\}
*	指定前面子表达式可以出现零次或多次。要匹配 * 字符本身，请使用\*
+	指定前面子表达式可以出现一次或多次。要匹配 + 字符本身，请使用\+
?	指定前面子表达式可以出现零次或一次。要匹配 ？字符本身，请使用\?
.	匹配除换行符\n之外的任何单字符。要匹配.字符本身，请使用\.
\	用于转义下一个字符，或指定八进制、十六进制字符。如果需匹配\字符，请用\\
|	指定两项之间任选一项。如果要匹配丨字符本身，请使用\|

将上面多个字符拼起来，就可以创建一个正则表达式。例如:

"\u0041\\\\" // 匹配 A\
"\u0061\t"  // 匹配a<制表符>
"\\?\\["    // 匹配？[

注意：可能大家会觉得第一个正则表达式中怎么有那么多反斜杠？这是由于 Java 字符串中反斜杠本身需要转义，因此两个反斜杠（\\）实际上相当于一个（前一个用于转义）。

上面的正则表达式依然只能匹配单个字符，这是因为还未在正则表达式中使用“通配符”，“通配符”是可以匹配多个字符的特殊字符。正则表达式中的“通配符”远远超出了普通通配符的功能，它被称为预定义字符，正则表达式支持如表 3 所示的预定义字符。

表 3 预定义字符

预定义字符	说明
.	可以匹配任何字符
\d	匹配 0~9 的所有数字
\D	匹配非数字
\s	匹配所有的空白字符，包括空格、制表符、回车符、换页符、换行符等
\S	匹配所有的非空白字符
\w	匹配所有的单词字符，包括 0~9 所有数字、26 个英文字母和下画线_
\W	匹配所有的非单词字符

上面的 7 个预定义字符其实很容易记忆，其中：

• d 是 digit 的意思，代表数字。
• s 是 space 的意思，代表空白。
• w 是 word 的意思，代表单词。
• d、s、w 的大写形式恰好匹配与之相反的字符。

有了上面的预定义字符后，接下来就可以创建更强大的正则表达式了。例如：

c\\wt    // 可以匹配cat、cbt、cct、cOt、c9t等一批字符串
\\d\\d\\d-\\d\\d\\d-\\d\\d\\d\\d    // 匹配如 000-000-0000 形式的电话号码

在一些特殊情况下，例如，若只想匹配 a~f 的字母，或者匹配除 ab 之外的所有小写字母，或者匹配中文字符，上面这些预定义字符就无能为力了，此时就需要使用方括号表达式，方括号表达式有如表 4 所示的几种形式。

表 4 方括号表达式

方括号表达式	说明
表示枚举	例如[abc]表示 a、b、c 其中任意一个字符；[gz]表示 g、z 其中任意一个字符
表示范围：-	例如[a-f]表示 a~f 范围内的任意字符；[\\u0041-\\u0056]表示十六进制字符 \u0041 到 \u0056 范围的字符。范围可以和枚举结合使用，如[a-cx-z]，表示 a~c、x~z 范围内的任意字符
表示求否：^	例如[^abc]表示非 a、b、c 的任意字符；[^a-f]表示不是 a~f 范围内的任意字符
表示“与”运算：&&	例如 [a-z&&[def]]是 a~z 和 [def] 的交集，表示 d、e f[a-z&&^bc]]是 a~z 范围内的所有字符，除 b 和 c 之外 [ad-z] [a-z&&[m-p]]是 a~z 范围内的所有字符，除 m~p 范围之外的字符
表示“并”运算	并运算与前面的枚举类似。例如[a-d[m-p]]表示 [a-dm-p]

方括号表达式比前面的预定义字符灵活多了，几乎可以匹配任何字符。例如，若需要匹配所有的中文字符，就可以利用 [\\u0041-\\u0056] 形式——因为所有中文字符的 Unicode 值是连续的，只要找出所有中文字符中最小、最大的 Unicode 值，就可以利用上面形式来匹配所有的中文字符。

正则表达式还支持圆括号，用于将多个表达式组成一个子表达式，圆括号中可以使用或运算符|。例如，正则表达式“((public)|(protected)|(private))”用于匹配 Java 的三个访问控制符其中之一。

除此之外，Java 正则表达式还支持如表 5 所示的几个边界匹配符。

表 5 边界匹配符

边界匹配符	说明
^	行的开头
$	行的结尾
\b	单词的边界
\B	非单词的边界
\A	输入的开头
\G	前一个匹配的结尾
\Z	输入的结尾，仅用于最后的结束符
\z	输入的结尾

前面例子中需要建立一个匹配 000-000-0000 形式的电话号码时，使用了 \\d\\d\\d-\\d\\d\\d-\\d\\d\\d\\d 正则表达式，这看起来比较烦琐。实际上，正则表达式还提供了数量标识符，正则表达式支持的数量标识符有如下几种模式。

• Greedy（贪婪模式）：数量表示符默认采用贪婪模式，除非另有表示。贪婪模式的表达式会一直匹配下去，直到无法匹配为止。如果你发现表达式匹配的结果与预期的不符，很有可能是因为你以为表达式只会匹配前面几个字符，而实际上它是贪婪模式，所以会一直匹配下去。
• Reluctant（勉强模式）：用问号后缀（?）表示，它只会匹配最少的字符。也称为最小匹配模式。
• Possessive（占有模式）：用加号后缀（+）表示，目前只有 Java 支持占有模式，通常比较少用。

三种模式的数量表示符如表 6 所示。

表 6 三种模式的数量表示符

贪婪模式	勉强模式	占用模式	说明
X?	X??	X?+	X表达式出现零次或一次
X*	X*?	X*+	X表达式出现零次或多次
X+	X+?	X++	X表达式出现一次或多次
X{n}	X{n}?	X{n}+	X表达式出现 n 次
X{n,}	X{n,}?	X{n,}+	X表达式最少出现 n 次
X{n,m}	X{n,m}?	X{n,m}+	X表达式最少出现 n 次，最多出现 m 次

关于贪婪模式和勉强模式的对比，看如下代码：

String str = "hello,java!";
// 贪婪模式的正则表达式
System.out.println(str.replaceFirst("\\w*" , "■"));    //输出■,java!
// 勉强模式的正则表达式
System.out.println(str.replaceFirst("\\w*?" , "■""));    //输出■hello, java!

当从“hello java!”字符串中查找匹配\\w*子串时，因为\w*使用了贪婪模式，数量表示符*会一直匹配下去，所以该字符串前面的所有单词字符都被它匹配到，直到遇到空格，所以替换后的效果是“■，Java!”；如果使用勉强模式，数量表示符*会尽量匹配最少字符，即匹配 0 个字符，所以替换后的结果是“■hello，java!”。