JAVA正则之贪婪与非贪婪模式实例讲解（3）

一般来说，贪婪与非贪婪模式，如果量词修饰的子表达式相同，比如“.*”和“.*”，它们的应用场景通常是不同的，所以效率上一般不具有可比性。

而对于改变量词修饰的子表达式，以满足需求时，比如把“.*”改为“[^"]*”，由于修饰的子表达式已不同，也不具有直接的可对比性。但是在相同的子表达式，又都可以满足需求的情况下，比如“[^"]*”和“[^"]*”，贪婪模式的匹配效率通常要高些。

同时还有一个事实就是，非贪婪模式可以实现的，通过优化量词修饰的子表达式的贪婪模式都可以实现，而贪婪模式可以实现的一些优化效果，却未必是非贪婪模式可以实现的。

贪婪模式还有一点优势，就是在匹配失败时，贪婪模式可以更快速的报告失败，从而提升匹配效率。下面将全面考察贪婪与非贪婪模式的匹配效率。

3.1 效率提升——演进过程

在了解了贪婪与非贪婪模式的匹配基本原理之后，我们再来重新看一下正则效率提升的演进过程。

需求：取得两个“"”中的子串，其中不能再包含“"”。

源字符串：The phrase "regular expression" is called "Regex" for short.

正则表达式一：".*"

正则表达式一匹配的内容为“"regular expression" is called "Regex"”，不符合要求。

提出正则表达式二：".*"

首先“"”取得控制权，由位置0位开始尝试匹配，直到位置11处匹配成功，控制权交给“.*”，匹配过程同2.2.1中非贪婪模式的匹配过程。“.*”匹配的内容为“Regex”，匹配过程中进行了四次回溯。

如何消除回溯带来的匹配效率的损失，就是使用更小范围的子表达式，采用贪婪模式，提出正则表达式三："[^"]*"

首先“"”取得控制权，由位置0位开始尝试匹配，直到位置11处匹配成功，控制权交给“[^"]*”，匹配过程同2.2.2节中非贪婪模式的匹配过程。“[^"]*”匹配的内容为“Regex”，匹配过程中没有进行回溯。

3.2 效率提升——更快的报告失败

以上讨论的是匹配成功的演进过程，而对于一个正则表达式，在匹配失败的情况下，如果能够以最快的速度报告匹配失败，也会提升匹配效率，这或许是我们设计正则过程中最容易忽略的。而在源字符串数据量非常大，或正则表达式比较复杂的情况下，是否能够快速报告匹配失败，将对匹配效率产生直接的影响。

下面将构建匹配失败的正则表达式，对匹配过程进行分析。

以下匹配过程分析中，源字符串统一为：The phrase "regular expression" is called "Regex" for short.

3.2.1 非贪婪模式匹配失败过程分析

图3-1

构建匹配失败的非贪婪模式的正则表达式：".*"@

由于最后的“@”的存在，这个正则表达式最后一定是匹配失败的，那么看一下匹配过程。

首先由“"”取得控制权，由位置0处开始尝试匹配，匹配失败，直到图中标示的A处匹配成功，控制权交给“.*”。

“.*”取得控制权后，由A后面的位置开始尝试匹配，由于是非贪婪模式，首先忽略匹配，将控制权交给“"”，同时记录一下回溯状态。“"”取得控制权后，由A后面的位置开始尝试匹配，匹配字符“r”失败，查找可供回溯的状态，将控制权交给“.*”，由“.*”匹配字符“r”。重复以上过程，直到“.*”匹配了B处前面的字符“n”，“"”匹配了B处的字符“””，将控制权交给“@”。由“@”匹配接下来的空格“ ”，匹配失败，查找可供回溯的状态，控制权交给“.*”，由“.*”匹配空格。继续重复以上匹配过程，直到由“.*”匹配到字符串结束位置，将控制权交给“"”。由于已经是字符串结束位置，匹配失败，报告整个表达式在位置11处匹配失败，一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动，进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似，可以参考图3-1。

从匹配过程中可以看到，非贪婪模式的匹配失败过程，几乎每一步都伴随着回溯过程，对匹配效率的影响是很大的。

3.2.2 贪婪模式匹配失败过程分析——大范围子表达式

图3-2

PS：以上分析过程图示参考了《精通正则表达式》一书相关章节图示。

构建匹配失败的贪婪模式的正则表达式：".*"@

其中量词修饰的子表达式为匹配范围较大的“.”，由于最后的“@”的存在，这个正则表达式最后也是一定匹配失败的，看一下匹配过程。

首先由“"”取得控制权，由位置0处开始尝试匹配，匹配失败，直到图中标示的A处匹配成功，控制权交给“.*”。

“.*”取得控制权后，由A后面的位置开始尝试匹配，由于是贪婪模式，优化尝试匹配，一直匹配到字符串的结束位置，将控制权交给“"”。“"”取得控制权后，由于已经是字符串的结束位置，匹配失败，查找可供回溯的状态，将控制权交给“.*”，由“.*”让出已匹配字符“.”。重复以上过程，直到后面“"”匹配了C处后面的字符“””，将控制权交给“@”。由“@”匹配接下来D处的空格“ ”，匹配失败，查找可供回溯的状态，控制权交给“.*”，由“.*”让出已匹配文本。继续重复以上匹配过程，直到由“.*”让出所有已匹配的文本到I处，将控制权交给“"”。“"”匹配失败，由于已经没有可供回溯的状态，报告整个表达式在位置11处匹配失败，一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动，进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似，可以参考图3-2。

从匹配过程中可以看到，大范围子表达式贪婪模式的匹配失败过程，从总体上看，与非贪婪模式没有什么区别，最终进行的回溯次数与非贪婪模式基本一致，对匹配效率的影响仍然很大。

3.2.3 贪婪模式匹配失败过程分析——改进的子表达式

图3-3

构建匹配失败的贪婪模式的正则表达式："[^"]*"@

其中量词修饰的子表达式，改为匹配范围较小的排除型字符组“[^"]”，由于最后的“@”的存在，这个正则表达式最后也是一定匹配失败的，看一下匹配过程。

首先由“"”取得控制权，由位置0处开始尝试匹配，匹配失败，直到图中标示的A处匹配成功，控制权交给“[^"]*”。

“[^"]*”取得控制权后，由A后面的位置开始尝试匹配，由于是贪婪模式，优先尝试匹配，一直匹配到B处，将控制权交给“"”。“"”匹配接下来的的字符“"”，匹配成功，将控制权交给“@”。由“@”匹配接下来的空格“ ”，匹配失败，查找可供回溯的状态，控制权交给“[^"]*”，由“[^"]*”让出已匹配文本。继续重复以上匹配过程，直到由“[^"]*”让出所有已匹配的文本到C处，将控制权交给“"”。“"”匹配失败，由于已经没有可供回溯的状态，报告整个表达式在位置11处匹配失败，一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动，进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似，可以参考图3-3。

从匹配过程中可以看到，使用了排除型字符组的贪婪模式的匹配失败过程，从总体上看，大量减少了每轮回溯的次数，可以有效的提升匹配效率。

3.2.4 贪婪模式匹配失败过程分析——固化分组

通过3.2.3节的分析可以知道，由于“[^"]*”使用了排除型字符组，那么图3-3中，在A和B之间被匹配到的字符，就一定不会是字符“"”，所以B到C之间回溯过程就是多余的，也就是说在这之间的可供回溯的状态完全可以不记录。.NET中可以使用固化分组，Java中可以使用占有优先量词来实现这一效果。

图3-4

首先由“"”取得控制权，由位置0处开始尝试匹配，匹配失败，直到图中标示的A处匹配成功，控制权交给“(>[^"]*)”。

“(>[^"]*)”取得控制权后，由A后面的位置开始尝试匹配，由于是贪婪模式，优先尝试匹配，一直匹配到B处，将控制权交给“"”，在这一匹配过程中，不记录任何可供回溯的状态。“"”匹配接下来的字符“””，匹配成功，将控制权交给“@”。由“@”匹配接下来的空格“ ”，匹配失败，查找可供回溯的状态，由于已经没有可供回溯的状态，报告整个表达式在位置11处匹配失败，一轮匹配尝试结束。

正则引擎传动装置使正则向前传动，进入下一轮尝试。后续匹配过程与第一轮尝试匹配过程基本类似，可以参考图3-4。

从匹配过程中可以看到，使用了固化分组的贪婪模式的匹配失败过程，没有涉及到回溯，可以最大限度的提升匹配效率。

3.3 非贪婪模式向贪婪模式的转换

使用匹配范围较大的子表达式时，贪婪模式与非贪婪模式匹配到的内容会有所不同，但是通过优化子表达式，非贪婪模式可以实现的匹配，贪婪模式都可以实现。

比如在实际应用中，匹配img标签的内容。

举例：

需求：取得img标签中的图片地址，src=后固定为“””

源字符串：、

正则表达式一：

匹配结果中，捕获组1的内容即为图片地址。可以看到，这个例子中使用的都是非贪婪模式，而根据上面章节的分析，后面两个非贪婪模式都可以使用排除型字符组，将非贪婪模式转换为贪婪模式。

正则表达式二：]*> #开始标记“”

(> #分组构造，用来限定量词“*”修饰范围

]*> () #命名捕获组，遇到开始标记，入栈，Open计数加1

| #分支结构

(<-Open>) #狭义平衡组，遇到结束标记，出栈，Open计数减1

| #分支结构

(:(!)* #以上子串出现0次或任意多次

((Open)(!)) #判断是否还有'OPEN'，有则说明不配对，什么都不匹配

#结束标记“”

");

“(:(!<