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# Linux的正则表达式实例分析
## 1. 正则表达式概述
### 1.1 什么是正则表达式
正则表达式(Regular Expression，简称regex)是一种用于描述字符串匹配模式的特殊语法。它由普通字符(如字母a-z)和特殊字符(称为"元字符")组成，形成一套简洁而强大的文本处理工具。
在Linux系统中，正则表达式被广泛应用于：
- 文本搜索(grep)
- 文本替换(sed)
- 文件查找(find)
- 文本处理(awk)
- 编程语言(Perl, Python等)
### 1.2 基本正则表达式(BRE)与扩展正则表达式(ERE)
Linux中有两种主要的正则表达式风格：
| 特性 | 基本正则表达式(BRE) | 扩展正则表达式(ERE) |
|---------------------|-------------------|-------------------|
| 元字符需要转义 | 是 | 否 |
| 使用命令 | grep, sed默认 | grep -E, egrep |
| 量词表示 | \\{ \\} | { } |
| 逻辑或 | \\| | | |
## 2. 正则表达式基础语法
### 2.1 字符匹配
#### 单个字符匹配
- `.` 匹配任意单个字符(除换行符)
- `[abc]` 匹配a、b或c中的任意一个字符
- `[^abc]` 匹配除a、b、c外的任意字符
- `[a-z]` 匹配a到z范围内的任意小写字母
示例：
```bash
# 查找包含"cat"或"cot"的行
grep "c[ao]t" file.txt
# 查找不以字母开头的行
grep "^[^a-zA-Z]" file.txt
\d 数字，等价于0-9\w 单词字符，等价于[A-Za-z0-9_]\s 空白字符(空格、制表符等)^ 行首锚定$ 行尾锚定\< 单词开头\> 单词结尾示例：
# 查找以"Linux"开头的行
grep "^Linux" file.txt
# 查找以"end"结尾的完整单词
grep "\<end\>" file.txt
* 前导字符出现0次或多次+ 前导字符出现1次或多次(ERE)? 前导字符出现0次或1次(ERE){n} 前导字符恰好出现n次{n,} 前导字符至少出现n次{n,m} 前导字符出现n到m次示例：
# 查找包含2到4个连续数字的行
grep -E "[0-9]{2,4}" file.txt
# 查找类似"color"或"colour"的单词
grep "colou?r" file.txt
( ) 定义子表达式并捕获匹配内容(?: ) 仅分组不捕获(ERE)\n 引用第n个捕获组示例：
# 查找重复单词
grep -E "\<([A-Za-z]+) +\1\>" file.txt
# 交换前两个字段
sed -E 's/([^ ]+) +([^ ]+)/\2 \1/' file.txt
(?=pattern) 正向预查(?!pattern) 负向预查(?<=pattern) 正向回顾(?<!pattern) 负向回顾示例：
# 查找后面跟着"ing"的"run"
grep -P "run(?=ing)" file.txt
# 查找不在引号内的数字
grep -P '(?<!")\d+(?!")' file.txt
# 提取访问量前10的IP地址
grep -oE '[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}' access.log | sort | uniq -c | sort -nr | head -10
# 查找404错误请求
grep -E ' 404 [0-9]+ ' access.log
# 提取2023年10月10日10点到11点的日志
grep -E '10/Oct/2023:10:[0-5][0-9]:' access.log
# 查找大于100MB的日志文件
find /var/log -type f -size +100M -regex '.*\.log$'
# 检查/etc/passwd格式是否正确
grep -Ev '^[^:]+:[x*]:[0-9]+:[0-9]+:[^:]*:[^:]+:[^:]+$' /etc/passwd
# 提取第二列包含电子邮件的行
grep -E '^[^,]*,[^,]*@[^,]+\.[^,]+,' data.csv
# 将日期格式从MM/DD/YYYY改为YYYY-MM-DD
sed -E 's#([0-9]{2})/([0-9]{2})/([0-9]{4})#\3-\1-\2#g' dates.txt
# 将Python的print语句改为函数
sed -E 's/print ([^\(].*)/print(\1)/g' script.py
使用更具体的字符类：
[0-9]代替\d(BRE中)[a-zA-Z]代替\w当不需要数字和下划线时避免贪婪匹配：
.*?进行非贪婪匹配(ERE)锚定优化： “`bash
grep “pattern” file
# 较快(如果pattern通常出现在行首) grep “^.*pattern” file
### 5.2 常见陷阱与解决方案
1. **元字符转义问题**：
```bash
# BRE中需要转义+
grep "a\+b" file.txt
# ERE中不需要
grep -E "a+b" file.txt
贪婪匹配问题： “`bash
grep -o “.*” file.html
# 正确：非贪婪匹配 grep -o “.*?” file.html
3. **行尾包含换行符**：
```bash
# $匹配的是换行符前的位置
echo "test" | grep "test$" # 会匹配
| 工具 | 默认类型 | 支持ERE | 支持PCRE | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| grep | BRE | -E | -P | 基础工具 |
| egrep | ERE | 是 | 否 | grep -E的别名 |
| sed | BRE | -r/-E | 否 | 流编辑器 |
| awk | ERE | 是 | 否 | 强大的文本处理工具 |
| perl | PCRE | 是 | 是 | 最完整的正则实现 |
简单搜索：grep
# 快速查找包含IP地址的行
grep -E '[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}' file
复杂替换：sed
# 将多空格替换为单空格
sed -E 's/[[:space:]]+/ /g' file
结构化数据处理：awk
# 统计不同HTTP状态码数量
awk '/\[[0-9]{2}\/[A-Za-z]{3}\/[0-9]{4}/ {print $9}' access.log | sort | uniq -c
最复杂需求：Perl
# 多行匹配与复杂替换
perl -0777 -pe 's/<!--.*?-->//gs' file.html
假设有如下日志格式：
123.45.67.89 - - [10/Oct/2023:14:32:45 +0800] "GET /products/1234 HTTP/1.1" 200 4325 "https://example.com" "Mozilla/5.0"
提取关键信息：
# 1. 提取访问最多的URL路径
grep -oE '"GET /[^ ]+' access.log | cut -d' ' -f2 | sort | uniq -c | sort -nr | head
# 2. 统计不同浏览器的访问比例
grep -oE '" [^"]+"$' access.log | cut -d' ' -f2 | sort | uniq -c | sort -nr
# 3. 找出响应时间超过5秒的请求(假设日志包含响应时间)
grep -E '" 200 [0-9]{4} [0-9]{4,}"' access.log
将IMG_1234.jpg重命名为vacation_1234.jpg：
for file in IMG_*.jpg; do
newname=$(echo "$file" | sed -E 's/IMG_([0-9]+)/vacation_\1/')
mv "$file" "$newname"
done
验证电子邮件格式：
grep -E '^[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Za-z]{2,}$' emails.txt
验证强密码(至少8字符，含大小写字母和数字)：
grep -E '^(?=.*[a-z])(?=.*[A-Z])(?=.*[0-9]).{8,}$' passwords.txt
初级阶段：
中级阶段：
高级阶段：
在线工具：
书籍：
Linux手册：
man 7 regex # Linux正则表达式手册
man grep # grep使用手册
正则表达式是Linux文本处理的瑞士军刀，虽然学习曲线较陡，但一旦掌握将极大提高工作效率。建议从简单模式开始，逐步尝试更复杂的表达式，并在实际工作中不断实践和优化。 “`
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