4.4* 正则表达式

4.4* 正则表达式

在本章末尾，再简要介绍一下正则表达式的内容。正则表达式对于 Vim 很重要，但本教 程不打处专门用一章的内容来讲叙正则表达式（实际上正则表达式的内容可以写一本书） 。插录在这章数据结构之后，你可以认为正则表达式也是一种表达字符串内部结构的模糊 方法——模糊其实比精确更难理解与掌握。

Vim 对于正则表达式的内置帮助文件请查阅 :h pattern.txt。

Vim 正则表达式的设置模式

很多编程语言或工具软件，都支持正则表达式，所以这是一种很实用的通用技能。然而不 幸的是各家支持的正则表达式都“略有不同”，更不幸的是 Vim 自家里面还有几种不同的 正则表达式语法，这是通过选项设置 &magic 改变正则表达式“包装套餐”的。

Vim 一共支持四套正则表达式，在 / 或 ? 命令行中可添加特殊前导字符来表示本次 搜索采用哪套正则表达式：

• \v(very magic)，最接近 perl 语言的正则表达式。除了常规标识符字符外，大多 数字符都有特殊含义，即魔法字符。
• \m(magic)，这是 Vim 的标准正则表达式。主要特征是括号与加号都是字面意义，不 是魔法字符，需要在前面多加一个反斜杠来表示魔法意义。
• \M(nomagic) 更少的魔法字符，点号(.)与星号(*)都是字面意义。
• \V(very nomgic) 只有斜杠本身及正则表达式定界符有特殊意义，其他所有字符按字 面意义匹配。

这四种正式表达式是根据魔法字符的多寡程度划分的。但是用反斜框可以改变魔法字符的 意义。即在一种正则表达式中，如果一个字符是魔法字符，反斜杠转义后就表示字面意义 ；反之如果一个字符不是魔法字符，加反斜杠转义后就可能成为魔法字符表示特殊意义。 例如在 \m 正则表达式中，加号 + 不是魔法字符，它匹配字面的加号，使用 \+ 表示匹配前面那个字符一次以上。而在 \v 正则表达式中，+ 是魔法字符，表示匹配 前面那个字符一次以上，而用 \+ 匹配字面上的加号。

如果没有显式指定哪种正则表达式（这应该是大部分 vimer 使用 / 搜索的默认方式） ，就根据 &magic 选项决定。设定了 :set magic 就默认使用 \m 正则表达式，设 定 :set nomagic 就默认使用 \M 正则表达式。但是若要使用 \v 或 \V 必须显 示指定。因为 &magic 选项的默认值是开启的，所以 Vim 的默认正则表达式是 \m 这套，不妨称之为 Vim 的标准正则表达式。

为什么正则表达式已经很复杂了，Vim 还要增加几种非标准正则表达式来使之更复杂？我 想这是 Vim 的另一个设计原则：尽可能减少用户的手动输入字符数（击键次数）。Vim 是一个通用文本编辑器，所编辑的文件内容在不同场合或有不同的侧重。比如在编辑程序 源文件时，应该普遍会有很多括号，很可能就需要经常搜索字面意义的括号，这时用标准 的 \m 正则表达式就更方便，而用 \v perl 类的正则表达式，就必须用 \(\) 来 搜索一对空括号。而在另外一些场合，可能希望直接用 () 来表示组合，这就用 \v 正则表达式更方便了。

对于精通（或习惯）perl 类正则表达式的用户，可以通过简单映射 :nnoremap / /\v 自动添加 \v 前缀，始终使用 perl 类正则表达来搜索。在替换命令 :s/// 的模式 部分，也可以添加 \v 或其他前缀显式指定正则表达式的标准。

但是，对于一些需要正则表达式作为参数的内置函数，如 match()，只使用 magic 的标准正则表达式。这可能主要是考虑函数实现的方便与效率吧。毕竟函数主要写在 VimL 脚本中，而脚本一般只需写一次，语义一致也更重要。

因此，对于 Vimer 用户，还是建议掌握 Vim 的标准正则表达式。对于其他三种非标准正 则表达式，了解就要，觉得方便有用时，尽管一试。本文剩余部分只介绍 Vim 标准正则 表达式的基本语法。

Vim 标准正则表达式

正则表达式描述的是如何匹配一个字符串，简单地说，它试图说明以下几个基本问题：

• 匹配什么字符
• 匹配多少次
• 在哪里匹配（定位限制）

再高级的议题还有分组与前向自引用等。

匹配字面字符

以下字符按字面意义匹配（非魔法字符）：

• 大小字符与小写字母：A-Z a-z
• 数字：0-9
• 下划线：_
• 加号：+
• 竖线：|
• 小括号与大括号：() {}
• 其他没有定义特殊意义的符号，以及其他指明要加反斜杠转义才表示特殊意义的字符。

匹配字符类别

支持的常用字符类别有：

• \s：空白字符
• \d：数字字符（0-9）
• \w：单词字符（合法标识符）
• \h：合法标识符的开头
• \a：字母
• \l：小写字母
• \u：大写字母

以上这几类字符表示，若改用大写，则表示取反，如 \S 表示非空白字符。这与大多数 正则表达式的语法表示是一致的。

Vim 正则表达式还有几类字符表示与选项相关，由相应选项指定字符集。

• \i 由选项 &isident 指定的标识符
• \k 由选项 &iskeword 指定的关键字符
• \f 由选项 &isfname 指定的可用于文件名（路径）的字符
• \p 由选项 &isprint 指定的可打印字符
• \I \K \F \P 大写版本在以上小写版本基础上排除数字

也可以手动指定字符范围，用中括号 []：

• [] 匹配括号内任意一个字符，如 [abcXYZ] 可匹配这六个字符中的作一个
• [0-9] 用短横线（减号）指定的连续字符范围，匹配该范围内任一字符
• [^0-9] 匹配非数字，括号内第一字符是 ^ 时表示取反
• [-a-z] 若要包含减号本身，放在中括号内第一个字符，该示例表示小写字母或减号

中括号的用法与其他多数正则表达式一样。所以中括号与大小括号不一样，它是魔法字符 ，若要匹配字面的中括号，则须用 \[ 或 \]。

Vim 正则表达式还支持另一种特殊的中括号用法：

• \%[] 匹配中括号内可选的连续字符串，类似 ex 命令的缩写语法。

例如 :edit 可缩写至 :e，用正则表示就是 :e\%[dit]。

其他一些特殊字符：

• . 任一单字符
• \t 制表符
• \n 换行符
• \r 回车符
• \e <Esc> 键

匹配重复多次

• 0 或多次：*
• 1 或多次：\+
• 0 或 1 次：\? 或 \=
• 指定次数范围：\{n,m}，右大括号不需要反斜杠转义，左大括号需转义
• 非贪婪的次数范围：\{-n,m}

所以，没有意外地，点号与星号是魔法字符，分别用于匹配任意字符与任意次数，加反斜 杠匹配字面点号（\.）与星号（\*）。但是问号 ? 不是魔法字符，须用 \? 来 表示匹配 0 或 1 次。

这些语法项不能单独使用，须用于表示字符（或类别）的后面，表示匹配前面那个字符字 符多少次。\{n,m} 是通用的次数表示语法，可以省略 n 或（与）m。

• \{n} 严格匹配 n 次
• \{n,} 至少要匹配 n 次
• \{,m} 匹配 0 至 m 次
• \{} 匹配 0 或多次，等同于 *
• \{0,1} 匹配 0 或 1 次，等同于 \?
• \{1,} 匹配 1 或多次，等同于 \+

正则表达式一般采用贪婪算法，以上的 \{n,m} 及 * \+ 都是尽可能匹配更多次。 在一些场合需求下，需要采用非贪婪算法，可用 \{-n,m} 表示尽可能匹配更少次数。 \{-n,m} 也有省略变种，与 \{n,m} 用法一样，只是在左大括号内开始多一个减号。

例如，对于字符串 <b>hello</b> <b>world!</b>，如果用正则表达式 <b>.*</b> 或 \<b>.\{}</b> 就能匹配整个字符串，因为是在 <b> 标签之间贪婪匹配尽可能多的字符。 但如果是 \<b>.\{-}</b> 则只能匹配前一个标签，即子字符串 <b>hello</b>，这就 是非贪婪的意义。（注意：如果在 Vim 中测试该例，在 / 命令行输入这些正则表达式 ，须注意转义 / 本身，即应该输入 /<b>.*<\/b>）

匹配定位点

• ^ 匹配行首
• $ 匹配行尾
• \< 匹配词首
• \> 匹配词尾

在 Vim 编辑过程中，按 * 或 # 命令，用于搜索当前光标下的单词，就会在当前单 词前后自动加上 \< 与 \> 表示界定匹配整个单词。例如，你将光标移到本文的 hello 单词上，按下 *，Vim 应该会高亮所有 hello 单词，但如果有个地方写成 hello_world 加了下划线连字符，那就不会高亮这里的 hello 前缀。使用 :reg / 可以查看 Vim 为我们自动添加的正则表达式为 \<hello\>，你也可以按 / 进入搜索 命令后再按向上方向键把上次的搜索模式复制到当前命令行中查看。

• \zs 不匹配任何东西，只标定匹配结果的开始部分
• \ze 不匹配任何东西，只标定匹配结果的结束部分

这两个标记不影响“是否匹配”的判断，只影响若匹配成功后实际匹配的结果子字符串。例 如先看个简单模式 hello.*world!，它可以匹配 hello world! 或者在这两个单词之 间添加了其他乱七八糟的字符后也能匹配，匹配结果是从 hello 到 world! 之间的 所有长字符串。但是另一个类似模式\zshello\ze.*world!，它与前面那个模式能匹配 一样的字符串或文本行，但是匹配结果只有前面那个 hello 单词而已。可以利用 Vim 搜索的高亮显示来理解这个差异。

所以如果仅为了搜索，\zs 与 \ze 是基本不影响结果的，但如果同时要替换时，这 两个标定就很有用了，可使替换命令或函数大为简化。例如将 hello 改为首单词大写 ：:s/\zshello\ze.*world!/Hello/，它只会修改后面还接了 world! 的 hello， 单独这个单词却不会被修改的。

Vim 的正则表达式，还有另外一些定位扩展，以 \% 形头的：

• \%^ 匹配文件开头
• \%$ 匹配文件结束
• \%l 匹配行，在 \% 与 l 之间应该是一个有效的数字行号，表示匹配相应的行 ，若在行号前再加个 < 表示匹配该行之前的行，加个 > 则表示匹配之后的行。例 如 \%23l \%<23l \%>23l 等。
• \%c 匹配列，与 \%l 用法类似。
• \%# 匹配当前光标位置
• \%'m 匹配标记 m，m可以是任一个命令标记（mark）。

分组与引用

• \(\) 创建一个分组（子表达式），它本身不影响匹配，但便于其他语法功能使用
• \1 \2 ... \9 依次引用前面用 \(\) 创建的分组
• \%(\) 多加一个 % 与 \(\) 创建分组一样功能，但又不当作一个子表达式，即 不影响 \1 \2 等的引用次序。

分组的子表达式引用也可用于替换命令的替换部分，这可能是前向引用的常用用法，例如 :s/\(\d\+\) + \(\d\+\)/\2 + \1/ 用于将一个加法运算的表达式的两个操作数调换次 序，将 123 + 321 修改为 321 + 123。

当然在正则表达内部也能用前向引用以达到某些特殊要求，比如常见的匹配 html 配对标 签，<\(.*\)>hello<\/\1> 可以匹配用任意标签括起的 hello 单词，如 <b>hello</b> <xyz>hello</xyz> 等，但若标签不配对不能匹配。

其他限定语法

• \c 忽略大小写
• \C 不能忽略大小写

在默认情况下，正则表达式匹配也受 &ignorecase 的影响，但如果在一个模式中任意 地方加上了 \c 或 \C 控制符，就强行忽略或不忽略大小写。一般是加在表达式末尾 ，临时改变主意在怎么忽略大小写。

这与 \m 或 \M 的控制符不一样，它只影响后续正则表达式的魔法字符释义。不过建 议放在整个正则表达式最前面为好。

Vim 正则表达式总体构成

正则表达的具体语法细节，需要经常翻手册确认。不过最后还是再归纳一下 Vim 正则表 达式的总体构成定义，按帮助文档的术语，一个正则表达式从上到下分以下几个层次： pattern <-- branch <-- concat <-- piece <-- atom <-- item 。

1. 一个正则表达式也叫一个模式（pattern），一个模式可能由多个分支（branch）构成 ，虽然大多应用场合下只有一个分支。多个分支由 \| 分隔，表示“或”的语义（| 不是魔法字符，所以要用 \|）。任一个分支匹配目标字符串，则表示该模式匹配成 功；如果多个分支都匹配，则匹配结果取第一个能匹配的分支。
2. 每个分支可能由一个或多个聚合（concat）组成，若多个聚合由 \& 分隔，这表示“ 且”的语义。必须匹配每一部分的聚合，该分支才算匹配，但匹配结果是按最后一个聚合 的匹配为准。
3. 每个聚合又可以由多个分子（piece）构成，分子之间相当由自然引力结合，无须特殊 字符直接粘接。如模式 abc 就只一个分支，一个聚合，该聚合有三个分子，每个分 子是简单的字面字符；模式 a[0-9]c 或 a\dc同样是由三个分子组成。
4. 每个分子又由一个或多个原子（atom）构成。上一小节讲述的正则表达式语法其实主 要都处于这一层。字符类别如 \d \s \w 就是表示一个原子，用 [] 指定的 字符集合，也只是一个原子，而表示重复次数的 \{n,m} 就是描述多个原子的情况。
5. 每个原子即可以是普通原子，又可以是循环定义的子模式，即用 \(\) 或 \%(\) 创建的分组。

以上的第1第2层相当于逻辑或与逻辑且用于正则表达式的上层扩展，第3层却是很平凡的 定义，语法细节最多的是第4层，而第5层则是更深入的高级用法。

小结

正则表达式是很精妙的技术，非短时间所能掌握，只有多加实践积累经验。在 Vim 中， 可多利用高亮模式（set hlsearch）来测试正则表达式的正确性。有其他语言或工具的 正则表达式经验的用户，则特别注意一下 Vim 的特性语法。

正则表达的匹配是很复杂的算法，在其他一些语言中，可能有预编译正则表达式的功能（ 库函数）。但在 VimL 中，似乎还未提供类似的内建函数。不过在写较大的 VimL 脚本时 ，如果涉及使用正则表达式，也建议将常用的正则表式（字符串）统一定义在脚本开头， 方便管理与修改。