深入JS正则先行和后行断言

Posted 2020-10-20 jufofu

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了深入JS正则先行和后行断言相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

这里是 Mastering Lookahead and Lookbehind 文章的简单翻译，这篇文章是在自己搜索问题的时候stackoverflow上回答问题的人推荐的，看完觉得写得很不错。这里的简单翻译是指略去了一些js不具备的内容，再者原文实在是太长了，所以也去掉了一些没有实质内容的话，同时也加入了很多自己的理解。如果需要深入理解js的断言机制，还是推荐先去看完MDN的基础再去看这篇文章（http://www.rexegg.com/regex-lookarounds.html）效果会比较好。

一开始是对零宽断言的简单概念介绍，略去。

先行断言例子：简单密码验证

密码需要满足四个条件：

6到10个单字字符 \\w
至少包含一个小写字母 [a-z]
至少包含三个大写字母 [A-Z]
至少包含一个数字 \\d

最初的设想就是在字符串的开头先行检测四次，每次检测每个条件。

条件一

这里文章用 \\A 匹配字符串开头，用 \\z 匹配字符串结尾，和 js 不一样，改了一下
第一个条件很简单：^\\w{6,10}$。加入先行断言：(?=^\\w{6,10}$)，先行断言：在字符串开头的位置后面，是6到10个字符，以及字符串的结尾。

（at the current position in the string, what follows is the beginning of the string, six to ten word characters, and the very end of the string. ）

我们想在字符串的开头断言，因此需要用^做一个锚点定位，不需要重复声明开头，所以把^从断言中拿出来：

^(?=\\w{6,10}$)

留意到，虽然我们已经用先行断言检测了整个字符串，但是我们的位置还没有变，正则验证锚点依然停留在字符串的开头位置，只是做了先行判断。意味着我们还可以继续检测整个字符串。

条件二

检测小写字母最容易想到的写法是 .*[a-z]，但是这种写法 .* 一开始就会匹配到字符串的结尾，导致回溯，容易想到的写法是 .*?[a-z] 这会导致更多的回溯。推荐的写法是 [^a-z]*[a-z]（当需要用到包含某些字符时，可以参考这种通用的写法），将条件加入先行断言：(?=[^a-z]*[a-z]) ，因此正则变成：

^(?=\\w{6,10}$)(?=[^a-z]*[a-z])

断言里面依然没有匹配任何字符，两个断言的位置是可以互换的。

条件三

类似条件二： (?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})
正则变成了：

^(?=\\w{6,10}$)(?=[^a-z]*[a-z])(?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})

条件四

类似的：(?=\\D*\\d)
正则变成了：

^(?=\\w{6,10}$)(?=[^a-z]*[a-z])(?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})(?=\\D*\\d)

此时，我们在字符串开头断言，并先行检测了四次判读了四种条件，依然没有匹配任何字符，但是验证了密码。

匹配有效字符串

检查完毕后，正则检测的位置依然停留在字符串开头，可以用一个简单的.*去匹配整个字符串，因为不管.*匹配到了什么，都是经过验证的。因此：

^(?=\\w{6,10}$)(?=[^a-z]*[a-z])(?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})(?=\\D*\\d).*

微调：移除一个条件

检查这个正则里的先行断言，可以留意到\\w{6,10}$这个表达式检查了字符串的所有字符，因此可以用他匹配整个字符串而不是用.*，因此可以减少一个先行判断简化正则：

^(?=[^a-z]*[a-z])(?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})(?=\\D*\\d)\\w{6,10}$

总结这个结果，如果检查n个条件，正则至多需要n-1个先行判断。甚至能够把几个先行判断合并。
实际上，除了\\w{6,10}$刚好匹配了整个字符串外，其他的几个先行判断也可以通过改写匹配整个字符串，比如(?=\\D*\\d)可以加一个简单的.*$匹配到字符串结尾：

^(?=\\w{6,10}$)(?=[^a-z]*[a-z])(?=(?:[^A-Z]*[A-Z]){3})\\D*\\d.*$

此外，为什么要在.*后面加$，难道不能匹配到字符串结尾么？因为点符号不匹配换行符（除非在DOTALL mode下，即点匹配所有），因此.*只能匹配到第一行的末尾，如果有换行则无法匹配到，$保证了我们不仅到达一行的结尾，也到达了字符串的结尾。

在这个正则表达式里，开头的(?=\\w{6,10}$)已经匹配到了结尾，所以后面的$不是很必要。

先行断言的位置几乎没有影响

在这个例子里，因为三个先行断言都没有改变位置，所以可以互换。虽然结果没有影响，但是会影响性能，应该把容易验证失败的先行断言放在前面。
实际上，我们把^放在前面就是考虑了这个情况，因为^也没有匹配任何字符移动正则匹配锚点，他也可以和其他先行断言互换，但是这会带来问题。
首先，在DOTALL mode下，后行负向断言(?<!.)可以匹配开头，即前面没有任何字符，非DOTALL mode下，有(?<![\\D\\d])匹配开头。
现在假设把^放在第四个位置，在三个先行断言后，这时如果第三个断言失效了，那么正则引擎会到第二个位置继续从第一个先行断言匹配，就这样不停地改变位置匹配直到全部位置都失败。虽然只要匹配到^就不会从其他位置继续判断，但是正则引擎因为提前失败而无法到达^。
放第一位时，除了开头位置外，其他位置在第一次匹配^就失败了，因此效率高些。

零宽断言没有改变位置

这里是一些初学者常犯的错误。
比如用A(?=5)匹配AB25，不理解地方在于先行断言里的5是紧跟A后的位置，如果要匹配后面的位置，需要用(?=[^5]*5)。
用A(?=5)(?=[A-Z])匹配A5B，依然是位置不变问题，应该是用A(?=5[A-Z])

零宽断言的用法

验证

即上面密码验证的例子，即一个字符串满足多个条件。每个条件都是检测整个字符串。

限制字符范围

比如匹配非Q字符外的单字字符\\w。有几种写法：

字符减法，[\\w-[Q]]（js不支持）
[_0-9a-zA-PR-Z]
[^\\WQ]
先行断言写法：(?!Q)\\w
在先行断言当前位置后面不是Q后，\\w匹配了一个字符。这个写法不仅容易理解，也容易附加拓展，比如不包含Q和K，那么就是：
```
(?![QK])\\w`
```
后行断言：
```
\\w(?<!Q)
```

Tempering the scope of a token 标志范围调整

限制标志(token)的匹配范围。
举个例子，如果想要匹配后面没有跟着{END}的任何字符，可以用：

(?:(?!{END}).)*

每一个.标志都被(?!{END})调整，断言点标志不能是{END}的开头，这个技巧叫tempered greedy token
另外一种方案有点过于复杂，略去。

Delimiter 分隔符

在第一个#START#出现后匹配后面的所有字符写法：

(?<=#START#).*

或者匹配字符串的所有字符，除了#END#?

.*?(?=#END#)

两个断言可以合并：

(?<=#START#).*?(?=#END#)

Inserting Text at a Position 在位置插入文本

给你一个文件，里面都是驼峰命名的电影标题，比如HaroldAndKumarGoToWhiteCastle，为了方便阅读，需要在大小写之间插入空格，下面的正则匹配这些位置：

(?<=[a-z])(?=[A-Z])

在编辑器的正则匹配查找中，可以用这个去匹配这些位置，并用空格代替。(这里能想到/[a-z][A-Z]/g同样能够查找，但是找到的不是位置，所以替换起来就不是那么方便了。

Splitting a String at a Position 在某位置分割字符串

类似上面的例子，就可以分割大小写之间的位置，在很多语言中，用split函数加上正则可以返回一个单词数组。

Finding Overlapping Matches 查找重叠匹配

有时候需要在同一个单词里做多次匹配，举个例子，想在ABCD中匹配ABCD,BCD,CD和D，可以用：

(?=(\\w+))

这个还蛮好理解的，会匹配四个位置，"","A",,"","B","","C","","D",""。不过至于说怎么提取这四个部分，还没找到合适的方法。

Zero-Width Matches 0宽度匹配

零宽断言，锚点，边界在包含标志的正则表达式中，允许正则引擎返回匹配的字符串。举个例子(?<=start_)\\d+，正则引擎会返回数字，但是不包括前缀start_。
下面是一些应用：

Validation 验证

即类似密码验证例子

Inserting 插入

类似插入空格例子

Splitting 分割

类似插入空格例子

Overlapping Matches 重叠匹配

同一个单词里做多次匹配例子

Positioning the Lookaround 零宽断言定位

零宽断言有两个选择去定位，在文本前和文本后，一般来讲，其中一个性能更高。

Lookahead 先行断言

\\d+(?= dollars)和(?=\\d+ dollars)\\d+都匹配100 dallars中的100，但是前者性能更佳，因为他只匹配\\d+一次。（这里写一下自己对第二个式子的理解，第二个式子其实是先断言当前位置的后面是\\d+ dollars，然后匹配断言中的字符串中的\\d+）。

Negative Lookahead 先行负向断言

\\d+(?! dollars)和(?!\\d+ dollars)\\d+都匹配100 pesos中的100，但是前者性能更佳，同上。

后面还有两个后行断言的例子，js不支持就不列举了。
这些例子的不同在于匹配的前后。这里的说明不是要就纠结于位置，只是能够知道并感觉到这样写正则的效率，通过练习，会慢慢熟悉这些不同并写出性能更高的正则。

Lookarounds that Look on Both Sides: Back to the Future

这个部分涉及到的是零宽断言的嵌套，这里只说明一下里面举的例子，因为js不支持后行断言，这里讲的东西作用就不大了。
匹配下划线之间的数字：_12_，有很多方法，文中提出的新方法是：

(?<=_(?=\\d{2}_))\\d+

即，当前位置前面断言匹配了下划线_,同时下划线的后面断言匹配了\\d{2}_,即整个后行断言匹配的是_\\d{2}_，而当前的位置在_和\\d{2}之间，后面用\\d+匹配数字。

Compound Lookahead and Compound Lookbehind 复合先行和复合后行

在标志后至多有一个字符

匹配后面至多有一个下划线的数字：

\\d+(?=_(?!_))

还有一种不太优雅的写法是：\\d+(?=(?!__)_)

标志前至多有一个字符

匹配前面至多有一个下划线的数字：

(?<=(?<!_)_)\\d+

还有一种不太优雅的写法是：(?<=_(?<!__))\\d+

Multiple Compounding 多重复合

即多个嵌套，这个有点复杂，就是超过一次嵌套，多个条件一起判断。这里就不列举了，可以看看这个例子：

(?<=(?<!(?<!X)_)_)\\d+

表示数字前缀不能是多个下划线，除了X__这种情况。

The Engine Doesn‘t Backtrack into Lookarounds……because they‘re atomic

_rabbit _dog _mouse DIC:cat:dog:mouse
在这个字符串中，DIC后面是允许的动物名，我们要匹配前面_tokens中在允许动物名内的。

_(\\w+)\\b(?=.*:\\1\\b)

获得_dog和_mouse。
翻转一下：

_(?=.*:(\\w+)\\b)\\1\\b

这样只匹配到了_mouse
这个地方很神奇，稍微讲一下。第一个正则还蛮好理解的每次正向断言都拿前面的\\1捕获去匹配后面，按从左往右多次匹配结果到两个结果。第二个正则就特殊，捕获是放在正向断言里的，正向断言由于贪婪匹配会直接到了_mouse的下划线后的位置，然后正则引擎跳出正向断言去匹配\\1,匹配到mouse成功。匹配结束。这里的重点是，正则引擎并不能在正向判断里面回溯，只要跳出了正向断言，就不会再进去。因此这里的正向断言只会匹配到mouse。我一开始想到加个非贪婪，那么就只会匹配到cat了。