12 Shell 正则表达式

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2023-12-01

1. Shell 正则表达式概述

1.1 正则表达式是什么

正则表达式（regular expression）是一些具体有特殊含义的符号，组合在一起的共同描述字符或字符串的方法，通俗来讲正则为描述同一类事物的规则，例如我们生活中描述可以飞行的是事物，则满足这条规则的可以是鸟，蝴蝶，也可以是飞机等。

在 Linux 系统中，正则表达式通常用来对字符或字符串来进行处理，它是用于描述字符排列或匹配模式的一种语言规则。

1.2 为什么要用正则表达式

我们知道正则表达式是一个描述字符排列或模式匹配的规则，我们可以利用它来制定自己的规则，获取到我们想要的结果等。在后续的 Shell 三剑客 grep/awk/sed Shell 的学习中，我们会结合正则表达式与这些命令进行结合使用，来实现更强大的文本处理功能。正则表达式是我们 Shell 学习的核心也是难点，在 Linux 中一切皆文件，多文件的处理可以覆盖我们日常工作的 90%，所有熟练掌握正则表达式显得尤为重要，在之后灵活配合其他命令可以非常方便的满足我们的日常处理需求。

2. Shell 正则表达操作

在学习正则表达式的操作之前我们需要了解下 POSIX 及正则表达式的分类。

2.1 预备知识

2.1.1 POSIX

POSIX 称为：Portable Operating System Interface（末尾增加 X 只是为了更流畅）的缩写，后来被 IEEE 采纳，由于在早期 Unix 系统时代各厂商发布不同版本的操作系统，各版本之间存在着产品的差异，之后 IEEE 发布了一套 Unix 和类 Unix 系统工作方式规范，至此各常见遵循此规范来达到软件兼容的效果。

2.1.2 正则表达式分类

正则表达式常见的有两种分类：

基本正则表达式：Basic Regular Expression 又叫 Basic RegEx 简称 BREs，在基本正则表达式中作用的元字符为：^ 、$、 . 、[、] 、* ；
扩展正则表达式：Extended Regular Expression 又叫 Extended RegEx 简称 EREs，其为在基本正则表达式上新增了 (、) 、{ 、} 、?、 + 、等元字符元字符，使得正则表达式更加简洁易用。

2.1.3 字符

在学习正则表达式前需要先学习字符。

POSIX 字符

通用 POSIX 原字符如下：

[:alnum:] 字母数字[a-z A-Z 0-9]
[:alpha:]	字母[a-z A-Z]
[:blank:]	空格或制表键
[:cntrl:] 任何控制字符
[:digit:] 数字 [0-9]
[:graph:] 任何可视字符（无空格）
[:lower:] 小写 [a-z]
[:print:] 非控制字符	
[:punct:] 标点字符
[:space:] 空格
[:upper:] 大写 [A-Z]
[:xdigit:] 十六进制数字 [0-9 a-f A-F]

特殊字符

在扩展正则表达式中加上则被认为其具有特殊含义：

w 匹配任意数字和字母，等效[a-zA-Z0-9_]
W 和w相反，等效[^a-zA-Z0-9_]
b 匹配字符串开始或结束，等效<和>
s 匹配任意的空白字符
S 匹配非空白字符

2.1.4 区别

基本正则表达元字符：只有 ^$.*[]；
扩展正则表达式元字符：^$.[]*+(){}?|；
扩展正则表达式对于 {m,n} 和 () 不需要再向基本正则表达式需要来转译。

2.2 正则表达式操作

在 Linux 中正则表达式用来处理文本，在此我们使用 grep 工具对正则表达式进行操作，grep 为文本过滤工具，在 grep 命令中默认使用的时候基本正则表达式，可以使用选项 -E 来开启扩展正则表达式，按照指定的正则表达式取出我们需求的内容。

2.2.1 字符匹配

在字符匹配前需要先学习。

.: 匹配任意单个字符，例如：

[root@master reg]# cat test.txt 
she
sh
s1e
[root@master reg]# grep "s.e" test.txt 
she
s1e

. 匹配必须为字母 s 与 e 中有任意单个字符。

[] : 匹配指定中括号范围内的任意单个字符，例如：

[root@master reg]# cat test.txt 
she
sh
s1e
[root@master reg]# grep "s[a-z]e" test.txt 
she
[root@master reg]# grep "s[1-9]e" test.txt    
s1e
[root@master reg]# grep "s[[:alnum:]]e" test.txt      // 匹配字符或数字  
she
s1e
[root@master reg]# grep "s[[:alpha:]]e" test.txt    
she
[root@master reg]# grep "s[[:digit:]]e" test.txt      
s1e

中括号内可以利用元字符来表示。

[root@master reg]# cat test.txt 
she
sh
s1e
[root@master reg]# grep "s[^[:digit:]]e" test.txt    
she
[root@master reg]# grep "s[^a-z]e" test.txt          
s1e

如上，匹配的元字符取反，也就是不包含匹配的内容。

2.2.2 次数匹配

次数匹配用在指定的字符后面，表示指定匹配到前面的字符出现多少次。

*: 匹配前面的字符任意次（0 次或无数次），例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s*" test2.txt 
ssssh
sheee
hell

如上匹配字符 s，0 次或多次。

?: 匹配前面的字符 0 次或 1 次，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s?h" test2.txt 
ssssh						# 匹配最后的sh
sheee						# 匹配sh
hell						# 匹配h
[root@master reg]# grep -E "s?h" test2.txt  
ssssh
sheee
hell

如上匹配 s 可以存在 0 次，或者存在 1 次之后需要有 h 字符，注意利用选项 -E 开启扩展正则表达式，相较于基本正则表达式不需要。

+: 匹配前面的字符至少 1 次，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s+h" test2.txt  
ssssh						# 匹配ssssh
sheee						# 匹配sh
[root@master reg]# grep -E "s+h" test2.txt
ssssh
sheee

如上匹配 s 至少存在 1 次或无数次。

{m,}: 匹配前面的字符至少 m 次（默认工作在贪婪模式下，? 取消贪婪模式），例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s{1,}" test2.txt 
ssssh
sheee
[root@master reg]# grep -E "s{1,}" test2.txt   
ssssh
sheee
[root@master reg]# grep "s{2,}" test2.txt  
ssssh
[root@master reg]# grep -E "s{2,}" test2.txt   
ssssh

匹配字符 s，最少 1 次。

{,n}: 匹配前面的字符最多 n 次（默认工作在贪婪模式下，? 取消贪婪模式），例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s{,2}" test2.txt     
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep -E "s{,2}" test2.txt  
ssssh
sheee
hell

匹配字符 s，最多 2 次。

{m,n}: 匹配前面的字符至少 m 次，至多 n 次，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "s{1,2}" test2.txt    
ssssh
sheee
[root@master reg]# grep -E "s{1,2}" test2.txt 
ssssh
sheee

匹配字符 s，1-2 次之间。

.*: 匹配任意字符任意次数。

2.2.3 位置锚定

^: 行首锚定，用于模式最左边，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "^s" test2.txt 
ssssh
sheee

匹配以 s 开头的行。

$: 行尾锚定，用于模式最右边，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
ssssh
sheee
hell
[root@master reg]# grep "h$" test2.txt 
ssssh

匹配以 h 结尾的行。

< 或 b: 锚定词首，用于单词模式左侧，例如：

[root@master reg]# cat test2.txt 
go root user
root:shell;gousers
hellorootgouser
[root@master reg]# grep "<ro" test2.txt 
go root user
root:shell;gousers
[root@master reg]# grep "bro" test2.txt         
go root user
root:shell;gousers

可以看到此刻匹配是以单词模式，没有匹配 helloroot。

> 或 b: 锚定词尾，用于单词模式右侧，例如：

[root@master reg]# grep "gouserb" test2.txt 
hellorootgouser
[root@master reg]# grep "gouser>" test2.txt  
hellorootgouser

2.2.4 分组引用

() 分组：将一个或多个字符当成一个整体来进行后续处理；
1…数字引用：从左侧起，引用第一个左括号以及与之匹配右括号之间的模式所匹配到的字符，后向引用，例如：

grep -E "(root).*1" /etc/passwd

利用 () 将 root 引用起来，后面利用数字 1 引用。

3. 实例

1.显示/etc/init.d/functions文件中以大小s开头的行
grep '^[Pp]' /etc/init.d/functions

2.显示/etc/passwd文件中以/bin/bash结尾的行
grep "/bin/bash$" /etc/passwd

3.显示/etc/passwd文件中ID号最大用户的用户名
sort -t: -k3 -n /etc/passwd |tail -1 |cut -d: -f1

4.如果root用户存在,显示其默认的shell程序
id root && grep '^<root>' /etc/passwd |awk -F: '{print $NF}'

5.找出/etc/passwd中的两位或三位数
grep -o "[0-9]{2,3}" /etc/passwd

6.显示/etc/rc.d/rc.sysinit文件中,至少以一个空白字符开头的且后面存非空白字符的行:
grep '^[[:space:]]+[^[:space:]]' /etc/rc.d/rc.sysinit


7.找出"netstat -tan"命令的结果以"LISTEN"后跟0,1或多个空白字符结尾的行
netstat -tan|grep 'LISTEN[[:space:]]*$'

8.如果root用户登录了系统,就显示root用户在线,否则说明未登录
w |grep '^<root>'>/dev/null && echo "root在线"|| echo "root未登录"

9.找出/etc/rc.d/init.d/functions文件中某单词后面跟一对小括号的行
grep '[[:alpha:]]*()' /etc/rc.d/init.d/functions

10.使用echo输出一个路径,使用egrep取出基名
echo /tmp/tmp1/vmstat.8.gz |grep -E  -o '[^/]+/?$'|cut -d/ -f1

11.匹配PPID开头，行中又再次出现PPID的内容。/etc/init.d/functions
grep -E "(PPID).*1" /etc/init.d/functions

12.利用awk找出/etc/ssh/sshd_config内出过空行与以#开头的行
grep -v -E '^#|^$' /etc/ssh/sshd_config

4. 注意事项

正则表达式中基本正则表达式与扩展正则表达式配合其它操作，能够千变万化，非常灵活，根据不同场景可以进行正向匹配和反向匹配；
正则表达式配合命令通常为三剑客 grep/awk/sed 等，后期灵活进行组合达到事半功倍的效果；
我们在文本模式匹配的时候可以考虑使用扩展的正则表达式，从而避免使用过多的转义字符。

5 小结

正则表达式可谓 Shell 中的精华，其实在其他语言中也很通用，需要进行勤加练习才能达到熟练掌握，注意区分基本正则表达式与扩展正则表达式的语法区别，配合其他工具灵活运用。在不同场景可以利用命令选项配合使用，在后期 Shell 脚本三剑客中也会频繁出现正则表达式，攻克正则表达式这个难关，Shell 脚本编程就已经事半功倍。