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写出高效率的正则表达式技巧总结

如果纯粹是为了挑战自己的正则水平,用来实现一些特效(例如使用正则表达式计算质数、解线性方程),效率不是问题;如果所写的正则表达式只是为了满足一两次、几十次的运行,优化与否区别也不太大。但是,如果所写的正则表达式会百万次、千万次地运行,效率就是很大的问题了。

为行文方便,先定义两个概念。
误匹配:指正则表达式所匹配的内容范围超出了所需要范围,有些文本明明不符合要求,但是被所写的正则式“击中了”。例如,如果使用d{11}来匹配11位的手机号,d{11}不单能匹配正确的手机号,它还会匹配98765432100这样的明显不是手机号的字符串。我们把这样的匹配称之为误匹配。
漏匹配:指正则表达式所匹配的内容所规定的范围太狭窄,有些文本确实是所需要的,但是所写的正则没有将这种情况囊括在内。例如,使用d{18}来匹配18位的身份证号码,就会漏掉结尾是字母X的情况。
写出一条正则表达式,既可能只出现误匹配(条件写得极宽松,其范围大于目标文本),也可能只出现漏匹配(只描述了目标文本中多种情况种的一种),还可能既有误匹配又有漏匹配。例如,使用w+.com来匹配.com结尾的域名,既会误匹配abc_.com这样的字串(合法的域名中不含下划线,w包含了下划线这种情况),又会漏掉ab-c.com这样的域名(合法域名中可以含中划线,但是w不匹配中划线)。
精准的正则表达式意味着既无误匹配且无漏匹配。当然,现实中存在这样的情况:只能看到有限数量的文本,根据这些文本写规则,但是这些规则将会用到海量的文本中。这种情况下,尽可能地(如果不是完全地)消除误匹配以及漏匹配,并提升运行效率,就是我们的目标。本文所提出的经验,主要是针对这种情况。
掌握语法细节。正则表达式在各种语言中,其语法大致相同,细节各有千秋。明确所使用语言的正则的语法的细节,是写出正确、高效正则表达式的基础。例如,perl中与w等效的匹配范围是[a-zA-Z0-9_];perl正则式不支持肯定逆序环视中使用可变的重复(variable repetition inside lookbehind,例如(?<=.*)abc),但是.Net语法是支持这一特性的;又如,JavaScript连逆序环视(Lookbehind,如(?<=ab)c)都不支持,而perl和python是支持的。《精通正则表达式》第3章《正则表达式的特性和流派概览》明确地列出了各大派系正则的异同,这篇文章也简要地列出了几种常用语言、工具中正则的比较。对于具体使用者而言,至少应该详细了解正在使用的那种工作语言里正则的语法细节。
先粗后精,先加后减。使用正则表达式语法对于目标文本进行描述和界定,可以像画素描一样,先大致勾勒出框架,再逐步在局步实现细节。仍举刚才的手机号的例子,先界定d{11},总不会错;再细化为1[358]d{9},就向前迈了一大步(至于第二位是不是3、5、8,这里无意深究,只举这样一个例子,说明逐步细化的过程)。这样做的目的是先消除漏匹配(刚开始先尽可能多地匹配,做加法),然后再一点一点地消除误匹配(做减法)。这样有先有后,在考虑时才不易出错,从而向“不误不漏”这个目标迈进。
留有余地。所能看到的文本sample是有限的,而待匹配检验的文本是海量的,暂时不可见的。对于这样的情况,在写正则表达式时要跳出所能见到的文本的圈子,开拓思路,作出“战略性前瞻”。例如,经常收到这样的垃圾短信:“发*票”、“发#漂”。如果要写规则屏蔽这样烦人的垃圾短信,不但要能写出可以匹配当前文本的正则表达式 发[*#](?:票|漂),还要能够想到 发.(?:票|漂|飘)之类可能出现的“变种”。这在具体的领域或许会有针对性的规则,不多言。这样做的目的是消除漏匹配,延长正则表达式的生命周期。
明确。具体说来,就是谨慎用点号这样的元字符,尽可能不用星号和加号这样的任意量词。只要能确定范围的,例如w,就不要用点号;只要能够预测重复次数的,就不要用任意量词。例如,写析取twitter消息的脚本,假设一条消息的xml正文部分结构是<span class=”msg”>…</span>且正文中无尖括号,那么<span class=”msg”>[^<]{1,480}</span>这种写法的思路要好于<span class=”msg”>.*</span>,原因有二:一是使用[^<],它保证了文本的范围不会超出下一个小于号所在的位置;二是明确长度范围,{1,480},其依据是一条twitter消息大致能的字符长度范围。当然,480这个长度是否正确还可推敲,但是这种思路是值得借鉴的。说得狠一点,“滥用点号、星号和加号是不环保、不负责任的做法”。
不要让稻草压死骆驼。每使用一个普通括号()而不是非捕获型括号(?:…),就会保留一部分内存等着你再次访问。这样的正则表达式、无限次地运行次数,无异于一根根稻草的堆加,终于能将骆驼压死。养成合理使用(?:…)括号的习惯。
宁简勿繁。将一条复杂的正则表达式拆分为两条或多条简单的正则表达式,编程难度会降低,运行效率会提升。例如用来消除行首和行尾空白字符的正则表达式s/^s+|s+$//g;,其运行效率理论上要低于s/^s+//g; s/s+$//g; 。这个例子出自《精通正则表达式》第五章,书中对它的评论是“它几乎总是最快的,而且显然最容易理解”。既快又容易理解,何乐而不为?工作中我们还有其它的理由要将C==(A|B)这样的正则表达式拆为A和B两条表达式分别执行。例如,虽然A和B这两种情况只要有一种能够击中所需要的文本模式就会成功匹配,但是如果只要有一条子表达式(例如A)会产生误匹配,那么不论其它的子表达式(例如B)效率如何之高,范围如何精准,C的总体精准度也会因A而受到影响。
巧妙定位。有时候,我们需要匹配的the,是作为单词的the(两边有空格),而不是作为单词一部分的t-h-e的有序排列(例如together中的the)。在适当的时候用上^,$,b等等定位锚点,能有效提升找到成功匹配、淘汰不成功匹配的效率。

以上就是总结了几条提升正则表达式运行效率的经验(工作中学到的,看书学来的,自己的体会),整理在这里。如果您有其它的经验而这里没有提及,欢迎讨论。

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