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任一个
[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 hello world!，如果用正则表达式 .* 或 \.\{} 就能匹配整个字符串，因为是在  标签之间贪婪匹配尽可能多的字符。但如果是 \.\{-} 则只能匹配前一个标签，即子字符串 hello，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>）

匹配定界符(锚点)

^ 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 hello <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 。

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。
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。
每个聚合又可以由多个分子（piece）构成，分子之间相当于有自然引力结合，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。
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。
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。