编程自学指南：java程序设计开发，正则表达式深入详细解析，理解分组、捕获、零宽断言等高级特性，使用Java API高效处理正则匹配与替换

正则表达式深入详细解析

学习目标：

1. 掌握正则表达式核心语法与元字符

2. 理解分组、捕获、零宽断言等高级特性

3. 能够编写复杂正则表达式解决实际问题

4. 使用Java API高效处理正则匹配与替换

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一、课程引入

1.1 正则表达式的应用场景

• 数据验证：邮箱、手机号、密码强度

• 文本处理：日志解析、数据提取、格式转换

• 开发工具：IDE中的查找替换、日志分析工具

1.2 正则表达式在Java中的实现

• java.util.regex包：

  • Pattern：编译正则表达式

  • Matcher：执行匹配操作

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二、正则表达式基础

2.1 基本语法与元字符

元字符	说明	示例
.	匹配任意字符（除换行符）	a.c → "abc"、"a2c"
\d	匹配数字（等价于[0-9]）	\d{3} → "123"
\w	匹配单词字符（[a-zA-Z0-9_]）	\w+ → "user123"
\s	匹配空白字符（空格、制表符等）	\s+ → " "
^ / $	匹配字符串开始/结束	^Hello → 以Hello开头

案例1：简单匹配

String text = "订单号：ORD123456，金额：￥500.00";  
Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+");  
Matcher matcher = pattern.matcher(text);  
while (matcher.find()) {  
    System.out.println("找到数字：" + matcher.group());  
}  
// 输出：ORD123456、500、00

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三、分组与捕获

3.1 分组语法

语法	说明
(pattern)	捕获分组
(?:pattern)	非捕获分组（不保存匹配结果）
(?<name>pattern)	命名分组（Java 7+）

案例2：提取日期各部分

String date = "2023-10-01";  
Pattern pattern = Pattern.compile("(?<year>\\d{4})-(?<month>\\d{2})-(?<day>\\d{2})");  
Matcher matcher = pattern.matcher(date);  
if (matcher.find()) {  
    System.out.println("年：" + matcher.group("year"));   // 2023  
    System.out.println("月：" + matcher.group("month"));  // 10  
    System.out.println("日：" + matcher.group("day"));    // 01  
}

3.2 反向引用

// 查找重复单词  
String text = "the the cat sat on the the mat";  
Pattern pattern = Pattern.compile("\\b(\\w+)\\s+\\1\\b");  
Matcher matcher = pattern.matcher(text);  
while (matcher.find()) {  
    System.out.println("重复单词：" + matcher.group()); // "the the"  
}

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四、零宽断言与贪婪模式

4.1 零宽断言（Lookaround）

语法	说明
(?=pattern)	正向肯定断言（后面跟着pattern）
(?!pattern)	正向否定断言（后面不跟pattern）
(?<=pattern)	反向肯定断言（前面是pattern）
(?<!pattern)	反向否定断言（前面不是pattern）

案例3：密码强度校验

// 要求：至少8位，包含大小写字母和数字  
String regex = "^(?=.*[a-z])(?=.*[A-Z])(?=.*\\d)[a-zA-Z\\d]{8,}$";  
System.out.println("Passw0rd".matches(regex)); // true  
System.out.println("password".matches(regex)); // false

4.2 贪婪与懒惰模式

量词	说明	示例（字符串：<div>content</div>）
*	贪婪匹配	<.*> → 匹配整个字符串
*?	懒惰匹配	<.*?> → 匹配<div>和</div>

案例4：提取HTML标签内容

String html = "<div>Hello</div><p>World</p>";  
Pattern pattern = Pattern.compile("<div>(.*?)</div>");  
Matcher matcher = pattern.matcher(html);  
if (matcher.find()) {  
    System.out.println("内容：" + matcher.group(1)); // Hello  
}

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五、综合应用案例

String log = "192.168.1.1 - - [01/Oct/2023:10:20:30 +0800] \"GET /api/user?id=123 HTTP/1.1\" 200 1024";  
String regex = "(?<ip>\\d+\\.\\d+\\.\\d+\\.\\d+).*?\"(?<method>\\w+) (?<url>[^\"]+)";  
Pattern pattern = Pattern.compile(regex);  
Matcher matcher = pattern.matcher(log);  
if (matcher.find()) {  
    System.out.println("IP：" + matcher.group("ip"));      // 192.168.1.1  
    System.out.println("方法：" + matcher.group("method")); // GET  
    System.out.println("URL：" + matcher.group("url"));    // /api/user?id=123  
}

5.2 案例6：SQL语句格式化

String sql = "SELECT id,name,age FROM users WHERE age>20 AND status=1;";  
String formatted = sql.replaceAll("(?i)\\b(SELECT|FROM|WHERE|AND)\\b", "\n$1 ")  
                     .replaceAll(",", ",\n  ");  
System.out.println(formatted);  
/* 输出： 
SELECT id, name, age FROM users WHERE age>20 AND status=1; 
*/

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六、常见问题与最佳实践

6.1 常见错误

• 错误1：未转义特殊字符

  // 错误：.是元字符，需转义  
  "192.168.1.1".matches("\\d+.\\d+.\\d+.\\d+"); // false  
  // 正确：  
  "192.168.1.1".matches("\\d+\\.\\d+\\.\\d+\\.\\d+"); // true 

• 错误2：过度复杂的正则

  // 错误：尝试用正则解析HTML（应使用专用解析器）  
  String htmlRegex = "<div>.*</div>"; 

6.2 最佳实践

1. 优先可读性：复杂正则添加注释（(?x)模式）

2. 测试工具：使用Regex101在线测试

3. 性能优化：预编译Pattern对象，避免重复编译

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七、总结与练习

7.1 总结

• 核心语法：元字符、分组、零宽断言

• 性能陷阱：贪婪匹配、回溯爆炸

• Java API：Pattern、Matcher、split、replaceAll

7.2 课后任务

1. 编写正则表达式验证中国大陆手机号（1开头，11位数字）

2. 从JSON字符串中提取所有键名（如{"name":"John", "age":30} → ["name", "age"]）

3. 预习下一节课：Java网络编程基础

7.3 扩展挑战

• 实现一个简单的日志分析工具，统计各IP的访问次数