Регулярные выражения в perl

Регулярные выражения являются наиболее сложной темой практически для любого программиста: как для новичка, только что начавшего изучать perl, так и для опытного программиста, ранее не встречавшегося с регулярными выражениями. На самом деле, регулярные выражения не так сложны, как может показаться на первый взгляд, просто с самого начала нужно построить правильные аналоги.

Для начала разберемся - что же такое регулярное выражение. По-английски пишется так - Regular Expression (отсюда часто встречается сокращение "regexp" и даже по-русски "регэксп"). Во-первых, не стоит искать смысл в самом термине - это дословный перевод с английского языка, который представляется слишком абстрактным. Но что бы понять по какому принципу работают регулярные выражения, нам и нужно именно что абстрагироваться на уровень предположений. Пример с поиском вхождения подстроки должен быть понятен всем. Но, на самом деле, хотя с помощью регулярных выражений можно легко найти любое вхождение, этот пример не раскрывает всей прелести регэкспов. Лучше вспомните как работает поиск файлов по шаблону (или по маске). Алгоритм подразумевает использование определенных символов (wildcards), которые позволяют как бы закрыть ту часть имени, которая для нас не имеет значения. Однако сами wildcards не используются в именах файлов (что делает алгоритм менее гибким). Так вот, поиск файлов по шаблону позволяет отобрать те имена файлов, которые удовлетворяют заданному условию. При этом, можно указать и точное имя, а можно в каком-то месте имени сделать предположение (с помощью все тех же wildcards). Так вот, регулярные выражения позволяют выполнять аналогичный поиск в пределах некоторой последовательности байт. Добавьте к этому возможность работы с различными частями образованной маски как с отдельными единицами и вы поймете прелесть регэкспов.

Далее, избавимся от предубеждения что регэкспы предназначены только для работы со строками. Да, технология ориентирована прежде всего на строки, (описание бинарных данных требует чуть больших усилий), но никто не мешает вам упаковать данные в структуру и интерполировать имя переменной, содержащей значение этой структуры внутри регэкспа.

Ну вроде как с базовой теорией разобрались. Здесь остается добавить, что поняв философию регулярных выражений, вы сможете самостоятельно разобраться с любым форматом регэкспов. Так, например SQL так же подразумевает возможность использования регулярных выражений, но в отличии от perl, формат описания шаблонов в SQL несколько иной.

По частям и все сразу

Цель регулярного выражения можно описать так: найти участок строки, соответствующий определенному шаблону, в основе которого лежит принцип предположений. То есть, шаблон не обязательно является точным соответствием искомой подстроки. Если вы все же не понимаетете что такое регулярные выражения и для каких целей их используют, возвращайтесь к примеру поиска файлов по маске.

Внутри регулярных выражений обитают несколько жадных, многоруких и любопытных существ, не познакомившись с которыми вы не сможете составлять регэкспы. Речь о квантификаторах, мнимых символах, классах и ссылках. Здесь ссылки - это ссылки на найденный текст. Это стандартное определение, но мне оно кажется немного не подходящим. Накопители или контейнеры более удачное определение, так как они фактически содержат в себе часть (или все) совпадения. Под классами подразумеваются наборы символов. Мнимые символы - это утверждения. То есть мнимый символ не является частью искомого значения, но, в нагрузку ко всему прочему, требует что бы выполнялось определенное условие. Квантификатор - это признак повторения шаблона.

Без стакан... тьфу, практики тут не разберешься. Посему предлагаю начать с самого простого. Возьмем элементарный пример со строками. Ниже приводится шаблон в котором встречаются все три вышеописанных зверя

/^([^s]*)s(.*)/

Пробежимся по шаблону слева-направо. Слэши указывают границы регэкспа, так что их сразу можно выкинуть. Символ ^ относится к мнимым символам. Он привязывает шаблон к началу строки. Что это значит? Это значит, что мы найдем искомое, только в случае если оно находится в начале исходной строки. Элементарно, Ватсон. Смотрим простейший пример

$source = 'Pupkin';

$source =~ /^Pupkin/; # Оператор вернет истину, так

                      # как в $source Pupkin с самого начала

$source = 'Vasya Pupkin';

$source =~ /^Pupkin/; # А здесь уже будет ложь, так как перед

                      # Пупкиным стоит его имя.

Так вот, если убрать из шаблона мнимый символ привязки к началу строки (^), то результатом работы второго оператора то же будет истина. Для самых непонятливых перепишу шаблоны

$source = 'Pupkin';

$source =~ /Pupkin/;  # Оператор вернет истину, так

                      # как в $source Pupkin с самого начала

$source = 'Vasya Pupkin';

$source =~ /Pupkin/;  # Здесь то же будет истина, так как

                      # Пупкин в строке есть, хотя и не с начала.

                      # Но ведь и шаблон не требовал Пупкина в начале строки

Теперь понятно, что такое мнимые символы? Просто дополнительное условие, а не часть искомого.

Итак, вернемся к нашим баранам

([^s]*)s(.*)

Слэши мы откинули как ограничители, с привязкой к началу строки то же разобрались. Далее у нас круглые скобки. Вот здесь, круглые скобки имеют то же самое значение, что и вообще в языках программирования - они изменяют приоритет и группируют операторы. Так и здесь - нужно рассматривать все то что в скобках как некое объединение. Сразу замечу, что пара круглых скобок образуют контейнер (или ссылка на найденный текст в стандартном определении).

И что мы видим? У нас два контейнера, разделенных s. s - это специальный символ, указывающий на любой символ из подмножества пробельных (пробел, табуляция, etc...) Уточню. То что у нас между контейнерами указывает на единичный пробельный символ. Мы подошли к самой важной основополагающей - в регулярном выражении (попросту шаблоне) любой символ соответствует самому себе, если только он не является метасимволом со специальным значением. Вот s как раз и относится к таким метасимволам. Признаюсь, что наш пример вообще сплошь и рядом состоит из метасимволов. Да, да, в нем нет ни одного символа, соответствующего самому себе.

Итак, что же мы выяснили? Мы выяснили, что будем искать нечто, состоящее из двух контейнеров, которые разделены между собой единичным пробельным символом. Теперь пора разобраться с содержимым контейнеров. Начнем с правого - он проще. Точка в регэкспе определяет любой символ, кроме символа новой строки (есть некоторые моменты, когда абсолютно любой). Надеюсь, что такое любой символ понятно? Это может быть "1","2","8","D","a","r" или "b" и так далее и тому подобное от кодов с нуля до самого 255.

Ну а теперь, позвольте представить вам... Символ * превращает предыдущую часть шаблона в маленькое прожорливое существо - квантификатор. Этот самый квантификатор сожрет все символы (так как у нас перед этим было указание точка - любой символ) до самого конца строки. Бесплатный сыр только в мышеловке, но квантификатор этого не знает. Мы не зря поместили его в контейнер. После того, как обработка регулярного выражения будет завершена у нас будет контейнер, в котором сохранится все то, что сожрал квантификатор. Так как у нас всего два контейнера, то это контейнер будет у нас под номером два. В последствии мы так и скажем perl - а ну, отдай нам содержимое второго контейнера. Вот так то.

Итак, чего мы достигли? Мы будем искать нечто, состоящее из двух контейнеров, разделенных единичным пробельным символом. Правый контейнер у нас будет содержать всю ту часть строки, которая находится после единичного пробельного символа. После выполнения регулярного выражения мы сможем использовать содержимое правого (ну и левого то же) контейнера по своему усмотрению. Вот такой вывод на данный момент.

Пора приступать к содержимому левого контейнера. Напомню как он выглядит

[^s]*

Квадратные скобки определяют класс символов. Что такое класс символов? Предположим, что искомое не может быть представлено последовательностью символов, то есть подстрокой. Иначе говоря, в примере с Пупкиным мы не можем явно указать

/Pupkin/

Не важно, по каким причинам. Может быть искомое очень длинное, а может быть искомое - произвольные варианты строк, состоящих из определенных символов. Так вот в таком случае мы определим класс символов. Например символы латинского алфавита определяются таким классом

[a-zA-Z]

Заметьте как удобно - мы не указываем все символы подряд. Мы просто определяем границы с помощью метасимвола - (это как бы даже и не совсем метасимвол, а только в данном случае). Вместо перечисления цифровых символов мы можем записать

[0-9]

Хотя для цифровых символов есть более эффективное решение - метасимвол d. Итак, у нас в левой части определен класс символов. Но какой-то интересный класс получается - вроде привязанный к началу строки. Нет, метасимвол ^ внутри класса указывает на отрицание символов класса. Это значит, что на месте этой части шаблона должен находиться любой символ, не входящий в состав класса. То есть, для примера

[^0-9]

указывает, что здесь может быть любой нецифровой символ. Так и в нашем примере. Ну а с метасимволом s вы уже знакомы. Учитывая отрицание получаем - любой непробельный символ. Учтите, что класс определяет только множество для соответствия или отрицания, но не множество для отбора. То есть, если у вас класс, то под шаблон попадет только один символ, удовлетворяющий условию. Для того, чтобы отобрать несколько символов нужно использовать квантификатор, что мы и делаем после описания класса символов. Теперь, что бы разобраться для отбора каких строк можно воспользоваться этим шаблоном давайте напишем пример.

#!C:/per/bin/perl -w

use strict;

reg("Vasya Pupkin");

reg(" Vasya Pupkin");

reg("Vasyattpupkin");

sub reg{

  print "$1=$1n$2=$2nn" if $_[0] =~ /([^s]*)s(.*)/;

}

В результате получится

$1=Vasya

$2=Pupkin

$1=

$2=Vasya Pupkin

$1=Vasya

$2=        pupkin

Теперь давайте разберемся почему и как. Первый тест однозначно попадает под шаблон: Vasya не состоит из пробельных символов, далее следует один пробельный символ (натурально пробел), а Pupkin составляет оставшуюся часть строки. Результат второго теста у нас какой то странный. Первый контейнер у нас оказался пуст, а второй почему то содержит всю строку без ведущего пробела. С чем это связано? Да с тем, что квантификатор * означает ноль или более символов. Так как первым в строке у нас пробельный символ, в правый контейнер, согласно условию, попадает ноль непробельных символов. Далее, пробел то не входит в состав контейнеров. Ну а второй контейнер жрет всю строку до конца. Третий вариант, я думаю, понятен. Я уже говорил, что каждый символ регулярного выражения соответствует единичному. И только квантификаторы позволяют кушать несколько символов одного класса. В шаблоне контейнеры разделены одиночным пробельным символом. В левый контейнер попадает Vasya. Самым законным образом первый пробельный символ (табуляция в примере) пропускается, а правый контейнер кушает все что осталось - в том числе и второй табулятор. Таким образом, получаем Пупкина с ведущей табуляцией.

Наверное это не совсем тот результат, который мы хотели бы получить. Нафига нам ведущие пробелы. Ну вы же знаете достаточно, что бы превратить разделитель контейнеров в квантификатор. Ну так приступайте :)

/([^s]*)s*(.*)/

Теперь наше регулярное выражение будет пропускать между именем и фамилией все пробельные символы. Результат должен быть таким.

$1=Vasya

$2=Pupkin

$1=

$2=Vasya Pupkin

$1=Vasya

$2=pupkin

Осталось выяснить, каким образом правильно интерпретировать значения второго теста. Во-первых нужно избавиться от привязки к началу строки (по моему этот спецсимвол уже успел потеряться в наших примерах :). Итак, шаблон должен обрабатывать ситуации, когда в начале строки может быть один или несколько пробельных символов. Ну это же элементарно, скажете вы, нужно просто добавить в начало шаблона s и сделать из него квантификатор.

/s*([^s]*)s*(.*)/

Поздравляю! Вы прошли вводный курс по регэкспам ;)

Про обжору и другие тонкости

Теперь стоит поговорить о тонкостях, которые имеют место быть при составление регулярных выражений. Самое известное - это прожорливость квантификатора. Означает это следующее: квантификатор имеет привычку вбирать в себя максимальную строку, какую только может съесть. Для примера можно взять следующий шаблон

/.*pupkin/

Смысл его очевиден - искать Пупкина перед которым может быть что то еще. Однако если источник содержит несколько Пупкиных, то квантификатор сожрет все вплоть до последнего Пупкина. Например поиск по этому регэкспу в строке

Vasya pupkin pupkin

приведет к тому, что квантификатор сожрет "Vasya pupkin ", а не "Vasya " как можно было ожидать. Для решения этой проблемы, достойной пристального внимания, имеется ряд специальных символов. Прежде всего символ вопроса ? позволяет ограничить апетит квантификатора минимальной строкой совпадения. Возвращаясь к нашему примеру с несколькими Пупкиными получим

/.*?pupkin/

для корректного поедания "Vasya " из строки "Vasya pupkin pupkin". Далее, конструкции с фигурными скобками позволяют определять границы апетита квантификатора. Внутри фигурных скобок (естественно после самого квантификатора) может быть указано одно или два значения, перечисленных через запятую, которые соответственно определяют пределы жадности. Впомним про спецификатор *. Аналогичный ему + превращает шаблон в обжору, которого не удовлетворяет менее одного совпадения. То есть при использовании + условие отбора является истинным только когда имеются 1 и более совпадений. Заметьте, что верхний предел у нас неопределен и может быть опущен внутри конструкции с фигурными скобками. Если внутри фигурных скобок указать всего одно значение без запятых, то квантификатор сожрет только такую строку, в которой совпадений с шаблоном будет именно указанное количество.

Что бы вам не показалось что мы снова забираемся в теоретические дебри, напомню, что все то о чем мы сейчас говорим относится только к проверке условия на совпадение участка строки с шаблоном. Мало того, с квантификаторами это далеко не все тонкости. Существуют еще некоторые аспекты, такие как правила применения квантификаторов около границ контейнеров. Но с этим вам придется разбираться самостоятельно. В общем можно привести такой простой пример

/(.{2,10})/

Это регулярное выражение будет помещать в контейнер от двух до десяти символов строки. При чем, учитывая жадность, по возможности квантификатор будет вбирать наибольшую строку. То есть если строка длиной 10 или более символов, то в контейнер попадут именно 10, а не 2 и не 5 символов.

$1=Vasya Pupkin

$2=in

$1= Vasya Pupkin

$2=kin

$1=Vasya                      pupkin

$2=kin

В общем с квантификаторами можно еще много баловаться. Всего рассказать все равно не удасться. Тут только одно средство - практиковаться.

Далее на повестке дня такое понятие как альтернативные шаблоны. Это элементы регулярного выражения, которые позволяют определять несколько вариантов шаблона. Самый наглядный пример это определение протокола в строке URL

/^(http|ftp)/

Мнимый символ привязки к началу строки может быть помещен и внутри круглых скобок - результат от этого не меняется. Странно, ведь конструкция с круглыми скобками используется для определения алтернатив, ведь она же используется и для группировки в контейнер. Совершенно верно. Альтернативные шаблоны приводят к автоматическому возникновению нового контейнера. Здесь важно не облажаться и правильно определить номер контейнера при извлечении результатов. Контейнер, который был открыт ранее, имеет наименьший номер. Таким образом можно разобраться даже во вложенных контейнерах.

Есть еще одна фича, которая может вам пригодиться. Это, так называемые, дополнительные конструкции. Они позволяют выполнять проверку до или после текущего места в шаблоне, но при этом в сам шаблон не входят. Их описывать я не буду, так как это обычная справочная информация, которая имеется в любой книге по perl. Просто - что бы вы знали.

Ну и в качестве итога по курсу средней углубленности в регулярные выражения можно собрать все, что мы узнали в виде перечисления составных элементов регулярных выражений

одиночные символы (characters) - он и есть одиночный, чего его комментировать ;)

классы символов (character classes) - [], [^]

альтернативные шаблоны (alternative match patterns) - (X|X|X)

квантификаторы (quantifiers) - {}, ?, +, *

мнимые символы (assertions) - s, ^, $, etc...

контейнеры (backreferences) - $1,$2,$x

дополнительные конструкции

От теории к практике

В perl имеются три основных оператора которые работают со строками. Это

m// - проверка совпадений (или поиск)

s/// - подстановка

tr/// - замена

Каждый оператор имеет свои свои модификаторы. Для начала рассмотрим для чего нужны все три оператора.

Первый - m// (или просто //) используется для поиска совпадений с указанным шаблоном. Это как раз то, на чем мы тренировались выше. Там же и пример, как можно его использовать. Второй оператор s/// позволяет не только находить определенные участки, совпадающие с заданным шаблоном, но и выполнять неравнозначную подстановку. Фактически, s/// это то же что и m// (даже модификаторы совпадают), но с возможностью произвольной подстановки. Смысл неравнозначной подстановки открывается когда мы обращаемся к третьему оператору tr///. Оператор замены может заменять участки только на равнозначные по длине. Как следствие - он работает быстрее s///. Из всех операторов s/// самый гибкий - он позволяет выполнять все то, что могут m// и tr///. С его помощью можно свернуть горы. Но, за все приходится платить и здесь мы расплачиваемся скоростью. tr/// можно вообще не рассматривать (если конечо вы не фанат скорости). А вот на s/// хочется остановиться поподробнее.

Прежде всего хочу предупредить - не пытайтесь запихать в правую часть оператора s/// (то есть в ту, которая определяет что будем подставлять вместо найденного шаблона) квантификаторы, мнимые символы и вообще всякие другие неопределенности. Все должно быть четко и однозначно. Работа оператора s/// (в прочем как и m///) подразумевает компиляцию на каждом этапе обращения к регулярному выражению. Если вы не ленились (да и так он часто встречается) то уже знаете про модификатор глобального поиска g, который заставляет работать регэксп на протяжении остатка от предыдущего результата и так до конца строки. Так вот, если в правой части разместить имя переменной-контейнера и заюзать регэксп с модификаторами o и g, то наверняка выйдет бардак, так как o запрещает повторную компиляцию шаблона. В общем тут нужно быть предельно внимательным. Еще хочу обратить ваше внимание на модификаторы e и ee. Они позволяют выполнять код непосредственно в процессе работы регулярного выражения. Если у вас очень сложное задание и его очень трудно реализовать в одном регулярном выражении, разбейте их на составные в правой части - и работать будет быстрее и отлаживать проще.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://prolib.ru/