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        應該如何構造復雜的正則表達式

        文題本來是《如何構造復雜的正則表達式》,但是覺得有些歧義,就感覺正則式本來很簡單,我在教人如何將它小事化大一樣。正好相反,我的本意是說,即使復雜的正則式也不怕,找出合適的方法,將其構造出來。

        避重就輕

        Snopo給出的文本是這樣的:or and name=’zhangsan’ and id=001 or age>20 or area=’%renmin%’ and like,問,如何提取其中正確的SQL查詢語句。

        簡要分析可知,中間部分是合乎要求的,只是兩端的有若干個like, or, and。構造能夠解析合乎SQL語法的查詢語句的正則表達式,應該是比較復雜的。可是,對于具體的問題,也可以更簡單。上述的不良構的SQL語句,應該是使用程序自動生成的,它的兩端會有一些不符合題意的文本。只要將這些文本去除就可以了。

        于是,我寫出了正則表達式:s/^(?:(?:or|and|like)s*)+|s*(?:(?:or|and|like)s*)+$//mi;,這樣就把多行字串首尾的like, or, and以及可能的空白字符全部去掉了,剩下的內容即為所求。

        分而治之

        答案發過去之后,Snopo顯然不是很滿意這種“偷懶”的辦法。他繼續問道,能否寫出正則式,用來匹配合符SQL語法要求的條件查詢語句?(只考慮where部分即可,不必寫完整的select。)

        的確,從快速解決問題的角度來說,只要能夠行之有效地解決,用什么辦法都可以;不過從學習知識的角度來說,不避重就輕,而是刨根問底,才是正途。既如此,就看一下如何使用正則,將該SQL查詢語句解決掉。

        最簡單的查詢語句,應該是真假判斷,即 where 1; where True; where false,等等。 這樣的語句使用正則式,直接/(?:-?d+|True|False)/i。

        稍復雜些的單條語句,可以是左右比較,即

        復制代碼 代碼如下:
        name like ‘zhang%’, 或 age>25 ,或 work in (‘it’, ‘hr’, ‘R&D’)

        。將其簡單化,結構就變為A OP B。其中A代表變量,OP代表比較操作符,B代表值。

        •A: 最簡單的A,應該是w+。考慮到實際情況,變量包含點號或脫字符,例如`table.salary`,可以記為/[w.`]+/。這是比較籠統的細化。如果要求比較苛刻,還可以做到讓脫字符同時在左右兩邊出現(條件判斷)。
        •OP: Where 常用的幾種關系比較為:=, <>, >, <, >=, <=, Between, Like, in。使用簡單的正則描述之,成為:/(?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In)/i。
        •B: B 的情況又可分為3種:變量,數字,字符串,列表。為簡單起見,這里就不考慮算術表達式了。

        ◦變量的話,直接延用A的定義即可。不贅述。
        ◦數字:使用/d+/來定義。不考慮小數和負數了。

        ◦字符串:包括單引號字串和雙引號字串。中間可以包括被轉義的引號。我寫了一個符合這一要求的引號字串正則表達式,形如:/([‘”])(?:\[‘”]|[^\1])*?1/。不過,由于它只是龐大機器的一個零件,這樣寫的風險是極其大的。首先,它使用了反向引用;其次,該反向引用使用了全局的反向引用編號。我寫了自動生成全局編號的函數,來解決這一問題。不過,這里談細節是不是太深入了。應該先談框架,再說細節才對。不應該一入手就陷進細節的汪洋大海。

        ◦列表:列表是形如(1, 3 , 4) 或 (“it”, “hr”, “r&d”)之類的東東,它由簡單變量以逗號相連,兩邊加上括號組成。列表的單項以I表示,它代表 數字|字符串。此時,列表就變為:/(I(?:,I)*?)/。它表示,左括號,一個I,一系列由逗號、I組成的其它列表項(0個或多個),右括號。簡單起見沒有考慮空白字符。
        •至此,可以總結出單條語句的正則框架:S =~ /A OP B/i。S在此代表單條語句。
        更為復雜的是多條語句,可以由單條語句組成,中間使用 and 或 or 連接。合理地構造單條語句,將其穩定地編制為多條語句,任務就完成了。

        沿用上面的示例,以S代表單條語句,那么復合語句C就是 C =~ S(?:(?:or|and) S)*?/。至此,一個初具規模的條件語句解析器就誕生了。下面以python為例,一步一步實現出來。

        Python實現
        重申一句:雖然給出了實現,但是仍請注重思路,忽略代碼。

        復制代碼 代碼如下:
        #!/usr/bin/python
        # -*- coding: utf-8 -*-
        #
        #author: rex
        #blog: http://iregex.org
        #filename test.py
        #created: 2010-08-06 17:12

        #generage quoted string;
        #including ‘ and ” string
        #allow ‘ and ” inside
        index=0
        def gen_quote_str():

        global index
        index+=1
        char=chr(96+index)
        return r”””(?P<quote_%s>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_%s)”””% (char, char)

        #simple variable
        def a():
        return r'[w.`]+’

        #operators
        def op():
        return r'(?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In)’

        #list item within (,)
        #eg: ‘a’, 23, a.b, “asdfasdf”aasdf”
        def item():
        return r”(?:%s|%s)” % (a(), gen_quote_str())

        #a complite list, like
        #eg: (23, 24, 44), (“regex”, “is”, “good”)
        def items():
        return r”””( s*
        %s
        (?:,s* %s)* s*
        )””” % (item(), item())

        #simple comparison
        #eg: a=15 , b>23
        def s():
        return r”””%s s* %s s* (?:w+| %s | %s )””” % (a(), op(), gen_quote_str(), items())

        #complex comparison
        # name like ‘zhang%’ and age>23 and work in (“hr”, “it”, ‘r&d’)
        def c():
        return r”””
        (?ix) %s
        (?:s*
        (?:and|or)s*
        %s s*
        )*
        “”” % (s(), s())

        print “A:t”, a()
        print “OP:t”, op()
        print “ITEM:t”, item()
        print “ITEMS:t”, items()
        print “S:t”, s()
        print “C:t”, c()

        該代碼在我的機器上(Ubuntu 10.04, Python 2.6.5)運行的結果是:

        復制代碼 代碼如下:
        A: [w.`]+
        OP: (?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In)
        ITEM: (?:[w.`]+|(?P<quote_a>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_a))
        ITEMS: ( s*
        (?:[w.`]+|(?P<quote_b>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_b))
        (?:,s* (?:[w.`]+|(?P<quote_c>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_c)))* s*
        )
        S: [w.`]+ s* (?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In) s* (?:w+| (?P<quote_d>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_d) | ( s*
        (?:[w.`]+|(?P<quote_e>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_e))
        (?:,s* (?:[w.`]+|(?P<quote_f>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_f)))* s*
        ) )
        C:
        (?ix) [w.`]+ s* (?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In) s* (?:w+| (?P<quote_g>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_g) | ( s*
        (?:[w.`]+|(?P<quote_h>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_h))
        (?:,s* (?:[w.`]+|(?P<quote_i>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_i)))* s*
        ) )
        (?:s*
        (?:and|or)s*
        [w.`]+ s* (?:[<>=]{1,2}|Between|Like|In) s* (?:w+| (?P<quote_j>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_j) | ( s*
        (?:[w.`]+|(?P<quote_k>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_k))
        (?:,s* (?:[w.`]+|(?P<quote_l>[‘”])(?:\[‘”]|[^'”])*?(?P=quote_l)))* s*
        ) ) s*
        )*

        請看匹配效果圖:

        應該如何構造復雜的正則表達式

        算術表達式

        我記得剛才好像提到“為簡單起見,這里就不考慮算術表達式了”。不過,解析算術表達式是個非常有趣的話題,只要是算法書,都會提及(中綴表達式轉前綴表達式,諸如此類)。當然它也可以使用正則表達式來描述。

        其主要思路是:

        復制代碼 代碼如下:
        expr -> expr + term | expr – term | term
        term -> term * factor | term / factor | factor
        factor -> digit | ( expr )

        以及代碼:

        復制代碼 代碼如下:
        #!/usr/bin/python
        # -*- coding: utf-8 -*-
        #
        #author: rex
        #blog: http://jb51.net
        #filename math.py
        #created: 2010-08-07 00:44

        integer=r”d+”

        factor=r”%s (?:. %s)?” % (integer, integer)

        term= “%s(?: s* [*/] s* %s)* ” % (factor, factor)

        expr= “(?x) %s(?: s* [+-] s* %s)* ” % (term, term)

        print expr

        看一下它的輸出和匹配效果圖:
        應該如何構造復雜的正則表達式

        小貼士

        •如果不用復雜的正則式就能解決問題,一定不要用。
        •如果必須寫比較復雜的正則式,請參考以下原則。
        •從大處著眼,先理解待解析的文本的整體結構是什么樣子,劃分為小部件;
        •從細處著手,試圖實現每一個小部件,力求每一部分都是完整、堅固的,且放在全局也不會沖突。
        •合理組裝這些部件。
        •分而治之的好處:只有某個模塊出錯,其它部分沒錯時,可以迅速定位錯誤,消除BUG。
        •謹慎使用捕獲括號,除非你知道自己在做什么,知道它會有什么副作用,以及是否有可行的解決措施。對于短小的正則式來說,一兩個多余的括號是無傷大雅的;但是對于復雜的正則式來說,一對多余的括號可能就是致命的錯誤。
        •盡量使用free-space模式。此時你可以自由地添加注釋和空白字符,以便提高正則表達式的可讀性。

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