1 概述 贪婪与非贪婪模式影响的是被量词修饰的子表达式的匹配行为,贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能多的匹配,而非贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能少的匹配。非贪婪模式只被部分NFA引擎所支持。 属于贪婪模式的量词,也叫做匹配优先量词,包括: {m,n} 、 {m,} 、 ? 、 * 和 + 。 在一些使用NFA引擎的语言中,在匹配优先量词后加上 ? ,即变成属于非贪婪模式的量词,也叫做忽略
1 概述
贪婪与非贪婪模式影响的是被量词修饰的子表达式的匹配行为,贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能多的匹配,而非贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能少的匹配。非贪婪模式只被部分NFA引擎所支持。

属于贪婪模式的量词,也叫做匹配优先量词,包括:

{m,n} 、 {m,} 、 ? 、 * 和 + 。

在一些使用NFA引擎的语言中,在匹配优先量词后加上 ? ,即变成属于非贪婪模式的量词,也叫做忽略优先量词,包括:

{m,n}? 、 {m,}? 、 ?? 、 *? 和 +? 。

从正则语法的角度来讲,被匹配优先量词修饰的子表达式使用的就是贪婪模式,如 (Expression)+ ;被忽略优先量词修饰的子表达式使用的就是非贪婪模式,如 (Expression)+? 。

对于贪婪模式,各种文档的叫法基本一致,但是对于非贪婪模式,有的叫懒惰模式或惰性模式,有的叫勉强模式,其实叫什么无所谓,只要掌握原理和用法,能够运用自如也就是了。个人习惯使用贪婪与非贪婪的叫法,所以文中都会使用这种叫法进行介绍。

2 贪婪与非贪婪模式匹配原理
对于贪婪与非贪婪模式,可以从应用和原理两个角度进行理解,但如果想真正掌握,还是要从匹配原理来理解的。

先从应用的角度,回答一下 什么是贪婪与非贪婪模式?

2.1 从应用角度分析贪婪与非贪婪模式
2.1.1 什么是贪婪与非贪婪模式
先看一个例子

举例:

源字符串:aa<div>test1</div>bb<div>test2</div>cc

正则表达式一:<div>.*</div>

匹配结果一:<div>test1</div>bb<div>test2</div>

正则表达式二:<div>.*?</div>

匹配结果二:<div>test1</div>(这里指的是一次匹配结果,所以没包括<div>test2</div>)

根据上面的例子,从匹配行为上分析一下,什是贪婪与非贪婪模式。

正则表达式一采用的是贪婪模式,在匹配到第一个 </div> 时已经可以使整个表达式匹配成功,但是由于采用的是贪婪模式,所以仍然要向右尝试匹配,查看是否还有更长的可以成功匹配的子串,匹配到第二个 </div> 后,向右再没有可以成功匹配的子串,匹配结束,匹配结果为 <div>test1</div>bb<div>test2</div> 。当然,实际的匹配过程并不是这样的,后面的匹配原理会详细介绍。

仅从应用角度分析,可以这样认为,贪婪模式,就是在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能多的匹配,也就是所谓的 贪婪 ,通俗点讲,就是看到想要的,有多少就捡多少,除非再也没有想要的了。

正则表达式二采用的是非贪婪模式,在匹配到第一个 </div> 时使整个表达式匹配成功,由于采用的是非贪婪模式,所以结束匹配,不再向右尝试,匹配结果为 <div>test1</div> 。

仅从应用角度分析,可以这样认为,非贪婪模式,就是在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能少的匹配,也就是所谓的 非贪婪 ,通俗点讲,就是找到一个想要的捡起来就行了,至于还有没有没捡的就不管了。

2.1.2 关于前提条件的说明
在上面从应用角度分析贪婪与非贪婪模式时,一直提到的一个前提条件就是 整个表达式匹配成功 ,为什么要强调这个前提,我们看下下面的例子。

正则表达式三:<div>.*</div>bb

匹配结果三:<div>test1</div>bb

修饰 . 的仍然是匹配优先量词 * ,所以这里还是贪婪模式,前面的 <div>.*</div> 仍然可以匹配到 <div>test1</div>bb<div>test2</div> ,但是由于后面的 bb 无法匹配成功,这时 <div>.*</div> 必须让出已匹配的 bb<div>test2</div> ,以使整个表达式匹配成功。这时整个表达式匹配的结果为 <div>test1</div>bb , <div>.*</div> 匹配的内容为 <div>test1</div> 。可以看到,在 整个表达式匹配成功 的前提下,贪婪模式才真正的影响着子表达式的匹配行为,如果整个表达式匹配失败,贪婪模式只会影响匹配过程,对匹配结果的影响无从谈起。

非贪婪模式也存在同样的问题,来看下面的例子。

正则表达式四:<div>.*?</div>cc

匹配结果四:<div>test1</div>bb<div>test2</div>cc

这里采用的是非贪婪模式,前面的 <div>.*?</div> 仍然是匹配到 <div>test1</div> 为止,此时后面的 cc 无法匹配成功,要求 <div>.*?</div> 必须继续向右尝试匹配,直到匹配内容为 <div>test1</div>bb<div>test2</div> 时,后面的 cc 才能匹配成功,整个表达式匹配成功,匹配的内容为 <div>test1</div>bb<div>test2</div>cc ,其中 <div>.*?</div> 匹配的内容为 <div>test1</div>bb<div>test2</div> 。可以看到,在 整个表达式匹配成功 的前提下,非贪婪模式才真正的影响着子表达式的匹配行为,如果整个表达式匹配失败,非贪婪模式无法影响子表达式的匹配行为。

2.1.3 贪婪还是非贪婪——应用的抉择
通过应用角度的分析,已基本了解了贪婪与非贪婪模式的特性,那么在实际应用中,究竟是选择贪婪模式,还是非贪婪模式呢,这要根据需求来确定。

对于一些简单的需求,比如源字符为 aa<div>test1</div>bb ,那么取得div标签,使用贪婪与非贪婪模式都可以取得想要的结果,使用哪一种或许关系不大。

但是就2.1.1中的例子来说,实际应用中,一般一次只需要取得一个配对出现的div标签,也就是非贪婪模式匹配到的内容,贪婪模式所匹配到的内容通常并不是我们所需要的。

那为什么还要有贪婪模式的存在呢,从应用角度很难给出满意的解答了,这就需要从匹配原理的角度去分析贪婪与非贪婪模式。

2.2 从匹配原理角度分析贪婪与非贪婪模式
如果想真正了解什么是贪婪模式,什么是非贪婪模式,分别在什么情况下使用,各自的效率如何,那就不能仅仅从应用角度分析,而要充分了解贪婪与非贪婪模式的匹配原理。

2.2.1 从基本匹配原理谈起
NFA引擎基本匹配原理参考:正则基础之——NFA引擎匹配原理。

这里主要针对贪婪与非贪婪模式涉及到的匹配原理进行介绍。先看一下贪婪模式简单的匹配过程。

源字符串:"Regex"

正则表达式:".*"
2-1

图2-1

注:为了能够看清晰匹配过程,上面的空隙留得较大,实际源字符串为 Regex ,下同。

来看一下匹配过程。首先由第一个 " 取得控制权,匹配位置0位的 " ,匹配成功,控制权交给 .* 。

.* 取得控制权后,由于 * 是匹配优先量词,在可匹配可不匹配的情况下,优先尝试匹配。从位置1处的 R 开始尝试匹配,匹配成功,继续向右匹配,匹配位置2处的 e ,匹配成功,继续向右匹配,直到匹配到结尾的 ,匹配成功,由于此时已匹配到字符串的结尾,所以 .* 结束匹配,将控制权交给正则表达式最后的 " 。

" 取得控制权后,由于已经在字符串结束位置,匹配失败,向前查找可供回溯的状态,控制权交给 .* ,由 .* 让出一个字符,也就是字符串结尾处的 ,再把控制权交给正则表达式最后的 " ,由 " 匹配字符串结尾处的 " ,匹配成功。

此时整个正则表达式匹配成功,其中 .* 匹配的内容为 Regex ,匹配过程中进行了一次回溯。

接下来看一下非贪婪模式简单的匹配过程。

源字符串:"Regex"

正则表达式:".*?"

\


图2-2

看一下非贪婪模式的匹配过程。首先由第一个 " 取得控制权,匹配位置0位的 " ,匹配成功,控制权交给 .*? 。

.*? 取得控制权后,由于 *? 是忽略优先量词,在可匹配可不匹配的情况下,优先尝试不匹配,由于 * 等价于 {0,} ,所以在忽略优先的情况下,可以不匹配任何内容。从位置1处尝试忽略匹配,也就是不匹配任何内容,将控制权交给正则表达式最后的 。

" 取得控制权后,从位置1处尝试匹配,由 " 匹配位置1处的 R ,匹配失败,向前查找可供回溯的状态,控制权交给 .*? ,由 .*? 吃进一个字符,匹配位置1处的 R ,再把控制权交给正则表达式最后的 " 。

" 取得控制权后,从位置2处尝试匹配,由 " 匹配位置1处的 e ,匹配失败,向前查找可供回溯的状态,重复以上过程,直到由 .*? 匹配到 x 为止,再把控制权交给正则表达式最后的 " 。

" 取得控制权后,从位置6处尝试匹配,由 " 匹配字符串最后的 " ,匹配成功。

此时整个正则表达式匹配成功,其中 .*? 匹配的内容为 Regex ,匹配过程中进行了五次回溯。

2.2.2 贪婪还是非贪婪——匹配效率的抉择
通过匹配原理的分析,可以看到,在匹配成功的情况下,贪婪模式进行了更少的回溯,而回溯的过程,需要进行控制权的交接,让出已匹配内容或匹配未匹配内容,并重新尝试匹配,在很大程度上降低匹配效率,所以贪婪模式与非贪婪模式相比,存在匹配效率上的优势。

但2.2.1中的例子,仅仅是一个简单的应用,读者看到这里时,是否会存在这样的疑问,贪婪模式就一定比非贪婪模式匹配效率高吗?答案是否定的。

举例:

需求:取得两个 " 中的子串,其中不能再包含 " 。

正则表达式一:".*"

正则表达式二:".*?"

情况一:当贪婪模式匹配到更多不需要的内容时,可能存在比非贪婪模式更多的回溯。比如源字符串为 The word "Regex" means regular expression. 。

情况二:贪婪模式无法满足需求。比如源字符串为 The phrase "regular expression" is called "Regex" for short. 。

对于情况一,正则表达式一采用的贪婪模式, .* 会一直匹配到字符串结束位置,控制权交给最后的 ,匹配不成功后,再进行回溯,由于多匹配的内容 means regular expression. 远远超过需匹配内容本身,所以采用正则表达式一时,匹配效率会比使用正则表达式二的非贪婪模式低。

对于情况二,正则表达式一匹配到的是 "regular expression" is called "Regex" ,连需求都不满足,自然也谈不上什么匹配效率的高低了。

以上两种情况是普遍存在的,那么是不是为了满足需求,又兼顾效率,就只能使用非贪婪模式了呢?当然不是,根据实际情况,变更匹配优先量词修饰的子表达式,不但可以满足需求,还可以提高匹配效率。

源字符串:"Regex"

给出正则表达式三:"[^"]*"

看一下正则表达式三的匹配过程。
2-3

图2-3

首先由第一个 " 取得控制权,匹配位置0位的 " ,匹配成功,控制权交给 [^"]* 。

[^"]* 取得控制权后,由于 * 是匹配优先量词,在可匹配可不匹配的情况下,优先尝试匹配。从位置1处的 R 开始尝试匹配,匹配成功,继续向右匹配,匹配位置2处的 e ,匹配成功,继续向右匹配,直到匹配到 x ,匹配成功,再匹配结尾的 时,匹配失败,将控制权交给正则表达式最后的 " 。

取得控制权后,匹配字符串结尾处的 ,匹配成功。

此时整个正则表达式匹配成功,其中 [^"]* 匹配的内容为 Regex ,匹配过程中没有进行回溯。

将量词修饰的子表达式由范围较大的 . ,换成了排除型字符组 [^"] ,使用的仍是贪婪模式,很完美的解决了需求和效率问题。当然,由于这一匹配过程没有进行回溯,所以也不需要记录回溯状态,这样就可以使用固化分组,对正则做进一步的优化。

给出正则表达式四:"(?>[^"]*)"

固化分组并不是所有语言都支持的,如.NET支持,而Java就不支持,但是在Java中却可以使用更简单的占有优先量词来代替:"[^"]*+"。

3 贪婪还是非贪婪模式——再谈匹配效率
一般来说,贪婪与非贪婪模式,如果量词修饰的子表达式相同,比如 .* 和 .*? ,它们的应用场景通常是不同的,所以效率上一般不具有可比性。

而对于改变量词修饰的子表达式,以满足需求时,比如把 .* 改为 [^"]* ,由于修饰的子表达式已不同,也不具有直接的可对比性。但是在相同的子表达式,又都可以满足需求的情况下,比如 [^"]* 和 [^"]*? ,贪婪模式的匹配效率通常要高些。

同时还有一个事实就是,非贪婪模式可以实现的,通过优化量词修饰的子表达式的贪婪模式都可以实现,而贪婪模式可以实现的一些优化效果,却未必是非贪婪模式可以实现的。

贪婪模式还有一点优势,就是在匹配失败时,贪婪模式可以更快速的报告失败,从而提升匹配效率。下面将全面考察贪婪与非贪婪模式的匹配效率。

3.1 效率提升——演进过程
在了解了贪婪与非贪婪模式的匹配基本原理之后,我们再来重新看一下正则效率提升的演进过程。

需求:取得两个 " 中的子串,其中不能再包含 " 。

源字符串:The phrase "regular expression" is called "Regex" for short.

正则表达式一:".*"

正则表达式一匹配的内容为 "regular expression" is called "Regex" ,不符合要求。

提出正则表达式二:".*?"

首先 " 取得控制权,由位置0位开始尝试匹配,直到位置11处匹配成功,控制权交给 .*? ,匹配过程同2.2.1中非贪婪模式的匹配过程。 .*? 匹配的内容为 Regex ,匹配过程中进行了四次回溯。

如何消除回溯带来的匹配效率的损失,就是使用更小范围的子表达式,采用贪婪模式,提出正则表达式三:"[^"]*"

首先 " 取得控制权,由位置0位开始尝试匹配,直到位置11处匹配成功,控制权交给 [^"]* ,匹配过程同2.2.2节中非贪婪模式的匹配过程。 [^"]* 匹配的内容为 Regex ,匹配过程中没有进行回溯。

3.2 效率提升——更快的报告失败
以上讨论的是匹配成功的演进过程,而对于一个正则表达式,在匹配失败的情况下,如果能够以最快的速度报告匹配失败,也会提升匹配效率,这或许是我们设计正则过程中最容易忽略的。而在源字符串数据量非常大,或正则表达式比较复杂的情况下,是否能够快速报告匹配失败,将对匹配效率产生直接的影响。

下面将构建匹配失败的正则表达式,对匹配过程进行分析。

以下匹配过程分析中,源字符串统一为:The phrase "regular expression" is called "Regex" for short.

3.2.1 非贪婪模式匹配失败过程分析
3-1
图3-1

构建匹配失败的非贪婪模式的正则表达式:".*?"@

由于最后的 @ 的存在,这个正则表达式最后一定是匹配失败的,那么看一下匹配过程。

首先由 " 取得控制权,由位置0处开始尝试匹配,匹配失败,直到图中标示的A处匹配成功,控制权交给 .*? 。

.*? 取得控制权后,由A后面的位置开始尝试匹配,由于是非贪婪模式,首先忽略匹配,将控制权交给 " ,同时记录一下回溯状态。 " 取得控制权后,由A后面的位置开始尝试匹配,匹配字符 r 失败,查找可供回溯的状态,将控制权交给 .*? ,由 .*? 匹配字符 r 。重复以上过程,直到 .*? 匹配了B处前面的字符 n , " 匹配了B处的字符 ,将控制权交给 @ 。由 @ 匹配接下来的空格 ,匹配失败,查找可供回溯的状态,控制权交给 .*? ,由 .*? 匹配空格。继续重复以上匹配过程,直到由 .*? 匹配到字符串结束位置,将控制权交给 " 。由于已经是字符串结束位置,匹配失败,报告整个表达式在位置11处匹配失败,一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动,进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似,可以参考图3-1。

从匹配过程中可以看到,非贪婪模式的匹配失败过程,几乎每一步都伴随着回溯过程,对匹配效率的影响是很大的。

3.2.2 贪婪模式匹配失败过程分析——大范围子表达式
3-2

图3-2

PS:以上分析过程图示参考了《精通正则表达式》一书相关章节图示。

构建匹配失败的贪婪模式的正则表达式:".*"@

其中量词修饰的子表达式为匹配范围较大的 . ,由于最后的 @ 的存在,这个正则表达式最后也是一定匹配失败的,看一下匹配过程。

首先由 " 取得控制权,由位置0处开始尝试匹配,匹配失败,直到图中标示的A处匹配成功,控制权交给 .* 。

.* 取得控制权后,由A后面的位置开始尝试匹配,由于是贪婪模式,优化尝试匹配,一直匹配到字符串的结束位置,将控制权交给 " 。 " 取得控制权后,由于已经是字符串的结束位置,匹配失败,查找可供回溯的状态,将控制权交给 .* ,由 .* 让出已匹配字符 . 。重复以上过程,直到后面 " 匹配了C处后面的字符 ,将控制权交给 @ 。由 @ 匹配接下来D处的空格 ,匹配失败,查找可供回溯的状态,控制权交给 .* ,由 .* 让出已匹配文本。继续重复以上匹配过程,直到由 .* 让出所有已匹配的文本到I处,将控制权交给 " 。 " 匹配失败,由于已经没有可供回溯的状态,报告整个表达式在位置11处匹配失败,一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动,进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似,可以参考图3-2。

从匹配过程中可以看到,大范围子表达式贪婪模式的匹配失败过程,从总体上看,与非贪婪模式没有什么区别,最终进行的回溯次数与非贪婪模式基本一致,对匹配效率的影响仍然很大。

3.2.3 贪婪模式匹配失败过程分析——改进的子表达式
3-3
图3-3

构建匹配失败的贪婪模式的正则表达式:"[^"]*"@

其中量词修饰的子表达式,改为匹配范围较小的排除型字符组 [^"] ,由于最后的 @ 的存在,这个正则表达式最后也是一定匹配失败的,看一下匹配过程。

首先由 " 取得控制权,由位置0处开始尝试匹配,匹配失败,直到图中标示的A处匹配成功,控制权交给 [^"]* 。

[^"]* 取得控制权后,由A后面的位置开始尝试匹配,由于是贪婪模式,优先尝试匹配,一直匹配到B处,将控制权交给 " 。 " 匹配接下来的的字符 " ,匹配成功,将控制权交给 @ 。由 @ 匹配接下来的空格 ,匹配失败,查找可供回溯的状态,控制权交给 [^"]* ,由 [^"]* 让出已匹配文本。继续重复以上匹配过程,直到由 [^"]* 让出所有已匹配的文本到C处,将控制权交给 " 。 " 匹配失败,由于已经没有可供回溯的状态,报告整个表达式在位置11处匹配失败,一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动,进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似,可以参考图3-3。

从匹配过程中可以看到,使用了排除型字符组的贪婪模式的匹配失败过程,从总体上看,大量减少了每轮回溯的次数,可以有效的提升匹配效率。

3.2.4 贪婪模式匹配失败过程分析——固化分组
通过3.2.3节的分析可以知道,由于 [^"]* 使用了排除型字符组,那么图3-3中,在A和B之间被匹配到的字符,就一定不会是字符 " ,所以B到C之间回溯过程就是多余的,也就是说在这之间的可供回溯的状态完全可以不记录。.NET中可以使用固化分组,Java中可以使用占有优先量词来实现这一效果。

3-4
图3-4

首先由 " 取得控制权,由位置0处开始尝试匹配,匹配失败,直到图中标示的A处匹配成功,控制权交给 (?>[^"]*) 。

(?>[^"]*) 取得控制权后,由A后面的位置开始尝试匹配,由于是贪婪模式,优先尝试匹配,一直匹配到B处,将控制权交给 " ,在这一匹配过程中,不记录任何可供回溯的状态。 " 匹配接下来的字符 ,匹配成功,将控制权交给 @ 。由 @ 匹配接下来的空格 ,匹配失败,查找可供回溯的状态,由于已经没有可供回溯的状态,报告整个表达式在位置11处匹配失败,一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动,进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似,可以参考图3-4。

从匹配过程中可以看到,使用了固化分组的贪婪模式的匹配失败过程,没有涉及到回溯,可以最大限度的提升匹配效率。

3.3 非贪婪模式向贪婪模式的转换
使用匹配范围较大的子表达式时,贪婪模式与非贪婪模式匹配到的内容会有所不同,但是通过优化子表达式,非贪婪模式可以实现的匹配,贪婪模式都可以实现。

比如在实际应用中,匹配img标签的内容。

举例:

需求:取得img标签中的图片地址,src=后固定为

源字符串:<img class="test" src="/img/logo.gif" title="测试" />

正则表达式一:<img\b.*?src="(.*?)".*?>

匹配结果中,捕获组1的内容即为图片地址。可以看到,这个例子中使用的都是非贪婪模式,而根据上面章节的分析,后面两个非贪婪模式都可以使用排除型字符组,将非贪婪模式转换为贪婪模式。

正则表达式二:<img\b.*?src="([^"]*)"[^>]*>

注: src="…" 和标签结束标记符 > 之间的属性中,也可能出现字符 > ,但那是极端情况,这里不予讨论。

后两处非贪婪模式,可以通过排除型字符组转换为贪婪模式,提高匹配效率,而 src= 前的非贪婪模式,由于要排除的是一个字符序列 src= ,而不是单独的某一个或几个字符,所以不能使用排除型字符组。当然也不是没有办法,可以使用顺序环视来达到这一效果。

正则表达式三:<img\b(?:(?!src=).)*src="([^"]*)"[^>]*>

(?!src=). 表示这样一个字符,从它开始,右侧不能是字符序列 src= ,而 (?:(?!src=).)* 就表示符合上面规则的字符,有0个或无限多个。这样就达到排除字符序列的目的,实现的效果同排除型字符组一样,只不过排除型字符组排除的是一个或多个字符,而这种环视结构排除的是一个或多个有序的字符序列。

但是以顺序环视的方式排除字符序列,由于在匹配每一个字符时,都要进行较多的判断,所以相对于非贪婪模式,是提升效率还是降低效率,要根据实际情况进行分析。对于简单的正则表达式,或是简单的源字符串,一般来说是非贪婪模式效率高些,而对于数量较大源字符串,或是复杂的正则表达式,一般来说是贪婪模式效率高些。

比如上面取得img标签中的图片地址需求,基本上用正则表达二就可以了;对于复杂的应用,如平衡组中,就需要使用结合环视的贪婪模式了。

以匹配嵌套div标签的平衡组为例:

Regex reg = new Regex(@"(?isx) #匹配模式,忽略大小写, . 匹配任意字符

<div[^>]*> #开始标记 <div...>

(?> #分组构造,用来限定量词 * 修饰范围

<div[^>]*> (?<Open>) #命名捕获组,遇到开始标记,入栈,Open计数加1

| #分支结构

</div> (?<-Open>) #狭义平衡组,遇到结束标记,出栈,Open计数减1

| #分支结构

(?:(?!</?div\b).)* #右侧不为开始或结束标记的任意字符

)* #以上子串出现0次或任意多次

(?(Open)(?!)) #判断是否还有'OPEN',有则说明不配对,什么都不匹配

</div> #结束标记 </div>

");

(?:(?!</?div\b).)* 这里使用的就是结合环视的贪婪模式,虽然每匹一个字符都要做很多判断,但这种判断是基于字符的,速度很快,而如果这里使用非贪婪模式,那么每次要做的就是分支结构 | 的判断了,而分支结构是非常影响匹配效率的,其代价远远高于对确定字符的判断。而另外一个原因,就是贪婪模式可以结合固化分组来提升效率,而对非贪婪模式使用固化分组却是没有意义的。

4 贪婪与非贪婪——最后的回顾
4.1 一个例子的匹配原理回顾
再回过头来看一下2.1.1节例子中正则,前面从应用角度进行了分析,但讨论过匹配原理后会发现,匹配过程并不是那么简单的,下面从匹配原理角度分析的匹配过程。
4-1

图4-1

首先由 < 取得控制权,由位置0位开始尝试匹配,匹配字符 a ,匹配失败,第一轮匹配结束。第二轮匹配从位置1开始尝试匹配,同样匹配失败。第三轮从位置3开始尝试匹配,匹配字符 < ,匹配成功,控制权交给 d 。

d 尝试匹配字符 d ,匹配成功,控制权交给 i 。重复以上过程,直到由 > 匹配到字符 > ,控制权交给 .* 。

.* 属于贪婪模式,将从B处后的字符 t 开始,一直匹配到E处,也就是字符串结束位置,将控制权交给 < 。

< 从字符串结束位置尝试匹配,匹配失败,向前查找可供回溯的状态,把控制权交给 .* ,由 .* 让出一个字符 c ,把控制权再交给 < ,尝试匹配,匹配失败,向前查找可供回溯的状态。一直重复以上过程,直到 .* 让出已匹配的字符 < ,实际上也就是让出了已匹配的子串 </div>cc 为止, < 才匹配字符 < 成功,控制权交给 / 。

接下来由 / 、 d 、 i 、 v 分别匹配对应的字符成功,此时整个正则表达式匹配完毕。

4.2 贪婪与非贪婪——量词的细节
4.2.1 区间量词的非贪婪模式
前面提到的非贪婪模式,一直都是使用的 *? ,而没有涉及到其它的区间量词,对于 *? 和 +? 这样的非贪婪模式,大多数接触过正则表达式的人都可以理解,但是对于区间量词的非贪婪模式,比如 {m,n}? ,要么是没见过,要么是不理解,主要是这种应用场景非常少,所以被忽略了。

首先需要明确的一点,就是量词 {m,n} 是匹配优先量词,虽然它有了上限,但是在达到上限之前,能够匹配,还是要尽可能多的匹配的。而 {m,n}? 就是对应的忽略优先量词了,在可匹配可不匹配的情况下,尽可能少的匹配。

接下来举一个例子说明这种非贪婪模式的应用。

举例(参考 限制字符长度与最小匹配):

需求:如何限制在长度为100的字符串中,从头匹配到最先出现的abc

csdn.{1,100}abc 这样写是最大匹配(1-100个字符串中,我需要最小的)

比如csdnfddabckjdsfjabc,匹配结果应为:csdnfddabc

正则表达式:csdn.{1,100}?abc

或许对这个例子还有人不是很理解,但是想想,其实 * 就等价于 {0,} , + 就等价于 {1,} , *? 也就是 {0,}? ,抽象出来也就是 {m,}? ,即上限为无穷大。如果上限为一个固定值,那就是 {m,n}? ,这样应该也就可以理解了。

{m} 没有放在匹配优先量词中,同样的, {m}? 虽然被部分语言所支持,但是也没有放在忽略优先量词中,主要是因为这两种量词,实现的效果是一样的,只有被修饰的子表达式匹配m次才能匹配成功,且没有可供回溯的状态,所以也不存在是匹配优先还是忽略优先的问题,也就不在本文的讨论范围内。事实上即使讨论也没有意义的,只要知道它们的匹配行为也就是了。

4.2.2 忽略优先量词的匹配下限
对于匹配优先量词的匹配下限很好理解, ? 等价于 {0,1} ,它修饰的子表达式,最少匹配0次,最多匹配1次; * 等价于 {0,} ,它修饰的子表达式,最少匹配0次,最多匹配无穷多次; + 等价于 {1,} ,它修饰的子表达式,最少匹配1次,最多匹配无穷多次。

对于忽略优先量词的下限,也是容易忽略的。

?? 也是忽略优先量词,被修饰的子表达式使用的也是非贪婪模式, ?? 修饰的子表达式,最少匹配0次,最多匹配1次。在匹配过程中,遵循非贪婪模式匹配原则,先不匹配,即匹配0次,记录回溯状态,只有不得不匹配时,才去尝试匹配。

*? 修饰的子表达式,最少匹配0次,最多匹配无穷多次; +? 修饰的子表达式,最少匹配1次,最多匹配无穷多次, +? 虽然使用的是非贪婪模式,在匹配过程中,首先要匹配一个字符,之后才是忽略匹配的,这一点也需要注意。

4.3 贪婪与非贪婪模式小结
Ø 从语法角度看贪婪与非贪婪

被匹配优先量词修饰的子表达式,使用的是贪婪模式;被忽略优先量词修饰的子表达式,使用的是非贪婪模式。

匹配优先量词包括: {m,n} 、 {m,} 、 ? 、 * 和 + 。

忽略优先量词包括: {m,n}? 、 {m,}? 、 ?? 、 *? 和 +? 。

Ø 从应用角度看贪婪与非贪婪

贪婪与非贪婪模式影响的是被量词修饰的子表达式的匹配行为,贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能多的匹配;而非贪婪模式在整个表达式匹配成功的前提下,尽可能少的匹配。非贪婪模式只被部分NFA引擎所支持。

Ø 从匹配原理角度看贪婪与非贪婪

能达到同样匹配结果的贪婪与非贪婪模式,通常是贪婪模式的匹配效率较高。

所有的非贪婪模式,都可以通过修改量词修饰的子表达式,转换为贪婪模式。

贪婪模式可以与固化分组结合,提升匹配效率,而非贪婪模式却不可以。

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