正则表达式教程六 —— 回溯、固化分组和占有优先量词
1-11 16:27 浏览(343

什么是回溯呢?

正则在处理各个子表达式的时候,当遇到需要在两个或多个成功的可能中进行选择的时候,它会选择其中一个;

并记住开始选择的位置和未尝试的分支在字符串中位置(备用状态)

若第一个选择匹配正确时,即匹配完成,若匹配失败,它将返回(回溯)刚才做出选择的位置,选择其它备选分支进行匹配。

不是很好理解,来个例子

例子29

$s = <<<'TEXT'
in my mind
make mistake
TEXT;

preg_match_all('#mi(ss|nd)#',$s,$m);
echo "<pre>";
print_r($m);
echo "</pre>";
/*
Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => mind
        )

    [1] => Array
        (
            [0] => nd
        )

)
*/

当正则匹配到 in my mind 中的 i 时发现有多条路可选,好,记下位置,选择第一个可能,匹配是否有s,没有,这条分支错误

返回到选择处,开始第二种可能,匹配成功,整个表达式匹配失败

在匹配 make mistake 的时候,发现两个分支都匹配失败,整个表达式匹配失败


再来看看回溯的另一个例子,使用量词(限定符)的例子

例子30

$s = <<<'TEXT'
abc123456def
TEXT;

preg_match_all('#.*(\d\d)#',$s,$m);
echo "<pre>";
print_r($m);
echo "</pre>";
/*
Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => abc123456
        )

    [1] => Array
        (
            [0] => 56
        )

)
*/

由于我一开始就使用 .* ,而 * 是尽可能多的匹配,所以 .* 匹配了完整的字符串 "abc123456def",并且保存了它们的位置(备用状态)

因为 . 是匹配任意字符,所以字符串中的每个字母或数字都保存了位置(备用状态)

那么在执行到表达式 (\d\d) 时,发现后面没有字符可以匹配了,那怎么办?

因为 * 是匹配零次或多次,那么就把匹配的内容给我吐出来(交还),回溯到之前最近的一个位置,现在这个位置就是 f

但是发现还是不匹配,因为我要数字,那么就再交还一个,回溯到位置 e

就这样"回溯-尝试匹配",直到回溯到 6 的位置,交给第一个 \d 匹配,发现成功了,接着执行第二个 \d 的时候,发现是 d,匹配失败,再回溯

直到回溯到 5 位置时,5和6刚好满足 \d\d,完成匹配,匹配成功


回溯的两个知识点

1、什么时候开始回溯?

当然是匹配失败。


2、回溯到什么位置?

回溯到表达式开始执行分支表达式时的位置。若有多个多选位置时,回溯到底回到哪个位置呢?当然是回溯到最近存储位置的地方,原则就是后进先出


接下来,我们先看一个需求

例子31

$s = <<<'TEXT'
0.620
0.625
0.62507
TEXT;

preg_match_all('#(\.\d\d[1-9]?)\d+#s',$s,$m);
echo "<pre>";
print_r($m);
echo "</pre>";
/*
Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => .620
            [1] => .625
            [2] => .62500
        )

    [1] => Array
        (
            [0] => .62
            [1] => .62
            [2] => .625
        )

)
*/

将数字保留2-3位小数,并且最后一位不能为0(为做演示,在这个例子中我是匹配出来)

为什么有 [1-9]? 这个表达式呢,这是为了匹配不等0的第三位数字

这个表达式匹配到了 .625 ,这肯定是不好的,因为 .625 替换为 .62

为什么呢?因为 [1-9]? 使用了量词 ? ,匹配了 5,并保存了备用状态,而后面的 \d+ 匹配不到内容,正则进行了回溯(如例子30)

将 5 交还给了 \d+ ,匹配成功,所以匹配到的内容就是 .62


那么有没有一种方法让 [1-9]? 匹配到的内容不交还呢?也就是说,如果 [1-9]? 匹配成功,就不保存备用状态,那么它就不会交还

这就要用到"固化分组"和"占有优先量词"


固化分组 (?>pattern)

pattern 为正常的子表达式,(?>...) 中匹配的内容将作为一个整体被保留(匹配成功,锁定状态,不能被回溯)或丢弃(匹配失败)

以上面的例子为例,正则表达式改写为 #(\.\d\d(?>[1-9]?))\d+# ,匹配 0.625 时,[1-9]? 匹配到了 5 ,而 \d+ 必须要匹配一个数字

但是后面没有数字让它匹配,那么就要进行回溯,但是发现没有备用状态可供使用,匹配失败,那么 0.625 将不会进行替换,这是正确的


正确使用固化分组,可以提高正则表达式的匹配速度!

为什么这么说呢?上面说了,使用固化分组可以不保存备用状态,就不会回溯进行多次匹配尝试,举一个例子

我使用 \w+: 匹配字符串 test1 ,首先 \w+ 就匹配到了 test1 ,因为使用了量词 + ,所以创建了多个备用状态,由于 : 没有匹配到

所以进行回溯,交还 1 用来匹配 :,匹配失败,再交还 t 用来匹配 : ,直到匹配 e 失败的时候,发现没有备用状态可用

(因为 + 号至少匹配一次,所以第一个t不会被交还),整个匹配失败。

这走了多少冤枉路啊,因为我们的目的很明确,就是匹配数字或字母后面是冒号的字符串,但却进行了多次回溯,大大降低了匹配速度

匹配的原理图如下


若改为固化分组的写法 (?>\w+): ,test1 被匹配了,: 没有被匹配,且没有备用状态可供使用,匹配失败。是不是很快?!

那么例子31 的正则,就可以改写成 #(\.\d\d(?>[1-9]?))\d+#,匹配结果就为

Array
(
    [0] => Array
        (
            [0] => .620
            [1] => .6257
        )

    [1] => Array
        (
            [0] => .62
            [1] => .625
        )

)

这里为什么 0.620 被匹配了?因为 [1-9]? 不匹配 0,所以 0 被 \d+ 匹配了,所以匹配成功


占有优先量词 ?+ , *? , ++ ,{m,n}+

和固化分组一样, 占有优先量词也不交还已经匹配的字符。写法就是在量词(限定符)后面跟一个 + 号

那么例子31的占有优先量词的写法就是:#(\.\d\d[1-9]?+)\d+#,结果和固化分组一样


这节大家就要多理解固化分组对于匹配效率的重要性。

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