在C语言中利用PCRE实现正则表达式

1. PCRE简介

2. 正则表达式定义

3. PCRE正则表达式的定义

4. PCRE的函数简介

5. 使用PCRE在C语言中实现正则表达式的解析

6. PCRE函数在C语言中的使用小例子

1. PCRE简介

    PCRE(Perl Compatible Regular Expressions即：perl语言兼容正则表达式)是一个用C语言编写的正则表达式函数库，由菲利普.海泽(Philip Hazel)编写。PCRE是一个轻量级的函数库，比Boost之中的正则表达式库小得多。PCRE十分易用，同时功能也很强大，性能超过了POSIX正 则表达式库和一些经典的正则表达式库[1]。

        和Boost正则表达式库的比较显示[2]，双方的性能相差无几，PCRE在匹配简单字符串时更快，Boost则在匹配较长字符串时胜出---但两者差距很小，考虑到PCRE的大小和易用性，我们可以认为PCRE更值得考虑。

        PCRE被广泛使用在许多开源软件之中，最著名的莫过于Apache HTTP服务器和PHP脚本语言、R脚本语言，此外，正如从其名字所能看到的，PCRE也是perl语言的缺省正则库。

        PCRE是用C语言实现的，其C++实现版本是PCRE++。

2. 正则表达式定义

一个正则表达式就是由普通字符（例如字符 a 到 z）以及特殊字符（称为元字符）组成的文字模式。该模式描述在查找文字主体时待匹配的一个或多个字符串。正则表达式作为一个模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进行匹配。

例如下面一些正则表达式：

^(-?\d+)(\.\d+)?$　    匹配浮点数

^[A-Za-z]+$            匹配由26个英文字母组成的字符串

^[A-Z]+$　             匹配由26个英文字母的大写组成的字符串

^[a-z]+$　　           匹配由26个英文字母的小写组成的字符串

^[A-Za-z0-9]+$　　     匹配由数字和26个英文字母组成的字符串

^\w+$　　              匹配由数字、26个英文字母或者下划线组成的字符串

^[\w-]+(\.[\w-]+)*@[\w-]+(\.[\w-]+)+$　　　　 匹配email地址

        当然，可能你会问上面这些表达式为什么是这样写。这里就暂时不做多讲，因为本文主要讲的是PCRE库的应用，所以想了解更多的话，可以看我下面的[附录1]，里面有全部正则表式用到的元字符说明。或参考网址[3]正则表达式语言元素msdn文档。

3. PCRE正则表达式的定义

用于描述字符排列和匹配模式的一种语法规则。它主要用于字符串的模式分割、匹配、查找及替换操作。正则中重要的几个概念有：元字符、转义、模式单元（重复）、反义、引用和断言。

常用的元字符(Meta-character)

        元字符    说明

        \A     匹配字符串串首的原子

        \Z     匹配字符串串尾的原子

        \b     匹配单词的边界/\bis/匹配头为is的字符串/is\b/ 匹配尾为is的字符串 /\bis\b/ 定界

        \B     匹配除单词边界之外的任意字符   /\Bis/   匹配单词“This”中的“is”

        \d     匹配一个数字；等价于[0-9]

        \D     匹配除数字以外任何一个字符；等价于[^0-9]

        \w     匹配一个英文字母、数字或下划线；等价于[0-9a-zA-Z_]

        \W     匹配除英文字母、数字和下划线以外任何一个字符；等价于[^0-9a-zA-Z_]

        \s     匹配一个空白字符；等价于[\f\t\v]   

        \S     匹配除空白字符以外任何一个字符；等价于[^\f\t\v]

        \f     匹配一个换页符等价于 \x0c 或 \cL

        匹配一个换行符；等价于 \x0a 或 \cJ

        匹配一个回车符等价于\x0d 或 \cM

        \t     匹配一个制表符；等价于 \x09\或\cl

        \v     匹配一个垂直制表符；等价于\x0b或\ck

        \oNN    匹配一个八进制数字

        \xNN    匹配一个十六进制数字

        \cC     匹配一个控制字符

模式修正符（Pattern Modifiers）

        模式修正符在忽略大小写、匹配多行中使用特别多，掌握了这一个修正符，往往能解决我们遇到的很多问题。

        i     －可同时匹配大小写字母

        M     －将字符串视为多行

        S     －将字符串视为单行，换行符做普通字符看待，使“.”匹配任何字符

        X     －模式中的空白忽略不计 

        U     －匹配到最近的字符串

        e     －将替换的字符串作为表达使用

        

格式：/apple/i匹配“apple”或“Apple”等，忽略大小写。 当然这里还有很多种情况，在这里就不一一描述出来了。

4. PCRE的函数简介

PCRE是一个NFA正则引擎，不然不能提供完全与Perl一致的正则语法功能。但它同时也实现了DFA，只是满足数学意义上的正则。

        PCRE提供了19个接口函数。

        这里只介绍了几个主要和常用的接口函数，另外的可通过PCRE源码文档进行了解。注意，使用PCRE主要是使用下面介绍的前四个函数，对这四个函数有了了解，使用PCRE库的时候就会简单很多了。

        下面所讲的函数，都在PCRE头文件上定义申明：#include 。

1.pcre_compile

        函数原型：

        pcre *pcre_compile(const char *pattern, int options, const char **errptr, int *erroffset, const unsigned char *tableptr)

功能：将一个正则表达式编译成一个内部表示，在匹配多个字符串时，可以加速匹配。其同pcre_compile2功能一样只是缺少一个参数errorcodeptr。

        参数说明：

pattern   正则表达式

options   为0，或者其他参数选项

errptr   出错消息

erroffset  出错位置

tableptr  指向一个字符数组的指针，可以设置为空NULL。

2. pcre_compile2

函数原型：

pcre *pcre_compile2(const char *pattern, int options, int *errorcodeptr, const char **errptr, int *erroffset, const unsigned char *tableptr)

功能：将一个正则表达式编译成一个内部表示，在匹配多个字符串时，可以加速匹配。其同pcre_compile功能一样只是多一个参数errorcodeptr。

参数：

pattern     正则表达式

options     为0，或者其他参数选项

errorcodeptr 存放出错码

errptr      出错消息

erroffset   出错位置

tableptr    指向一个字符数组的指针，可以设置为空NULL。

3. pcre_exec

函数原型：

int pcre_exec(const pcre *code, const pcre_extra *extra, const char *subject, int length, int startoffset, int options, int *ovector, int ovecsize)

功能：使用编译好的模式进行匹配，采用与Perl相似的算法，返回匹配串的偏移位置。

参数：

code         编译好的模式

extra        指向一个pcre_extra结构体，可以为NULL

subject      需要匹配的字符串

length       匹配的字符串长度（Byte）

startoffset  匹配的开始位置

options      选项位

ovector      指向一个结果的整型数组

ovecsize     数组大小。

4． pcre_study

函数原型：

pcre_extra *pcre_study(const pcre *code, int options, const char **errptr)

功能：对编译的模式进行学习，提取可以加速匹配过程的信息。

参数：

code      已编译的模式

options   选项

errptr    出错消息

5. pcre_version

函数原型：

char *pcre_version(void)

功能：返回PCRE的版本信息。

参数：无。

6. pcre_config

函数原型：

int pcre_config(int what, void *where)

功能：查询当前PCRE版本中使用的选项信息。

参数：

what        选项名

where       存储结果的位置

7．pcre_maketables

函数原型：

const unsigned char *pcre_maketables(void)

功能：生成一个字符表，表中每一个元素的值不大于256，可以用它传给pcre_compile()替换掉内建的字符表。

参数：无

5. 使用PCRE在C语言中实现正则表达式的解析

上述讲了这么多PCRE相关函数的介绍，目的还是为了能够运用上，所以这里就先讲解下使用PCRE的过程。主要过程分三步走第一步编译正则表达式；第二匹配正则表达式；第三步释放正则表达式。

1．编译正则表达式

为了提高效率，在将一个字符串与正则表达式进行比较之前，首先要用pcre_compile() /pcre_compile2() 函数对它时行编译，转化成PCRE引擎能够识别的结构（struct real_pcre）。

这里还可以调用pcre_study()函数，对编译后的正则表达式结构（struct real_pcre）时行分析和学习，学习的结果是一个数据结构（struc pcre_extra），这个数据结构连同编译后的规则（struct real_pcre）可以一起送给pcre_exec单元进行匹配。

2. 匹配正则表达式

一旦用函数pcre_compile() /pcre_compile2()成功地编译了正则表达式，接下来就可以调用pcre_exec（）函数完成模式匹配。根据正则表达式到指定的字符串中进行查找和匹配,并输出匹配的结果。

3. 释放正则表达式

无论什么时候，当不再需要已经编译过的正则表达式时，都应该调用函数free()将其释放，以免产生内在泄漏。

6. PCRE函数在C语言中的使用小例子

在使用PCRE库时，首先肯定是需要安装pcre的，不过一般的系统都会有自带的PCRE库。不过如果想使用最新版本的话，也可以自已下载一个安装包。我 这里下载的安装是pcre-8.13.tar.gz版本。安装过程很简单，把安装包上传需要安装的服务器上，安装时默认路径即可，我是在linux环境下 安装的，执行命令如下：

1.[root@host70-151 pcre-8.13]# ./configure

2.[root@host70-151 pcre-8.13]# make && make install

此两步即可安装完成，安装成功后的头文件在：/usr/local/include, 库文件在:/usr/local/lib 。

下面是我的一个使用PCRE库函数的一个小例子，其功能是匹配手机号码的正则表达式是否成功，分成四类手机号码时行匹配，分别是移动、电信、联通和CDMA的手机号。里面用到了PCRE库函数中的pcre_compile()和pcre_exec()：

因为我是在linux下编译C程序的，所以要用到makefile文件。注意：如果你在编译时出现提示：

/usr/zej/zej_test/kernel/pcre_test2.c:29: undefined reference to `pcre_compile'

/usr/zej/zej_test/kernel/pcre_test2.c:35: undefined reference to `pcre_exec'

没有定义pcre.h文件里面的函数时，是因为没有链接到库文件里，这时可以能过修改makefile，在l里面添加一个lpcre即可。然后在编译便可成功。

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1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/mman.h>
4. #include <fcntl.h>
5. #include <string.h>
6. #include <unistd.h>
7. #include <sys/types.h>
8. #include <sys/wait.h>
9. #include <sys/stat.h>
10. #include <sys/ipc.h>
11. #include <sys/shm.h>
12. #include <assert.h>
13. #include <sys/socket.h>
14. #include <netinet/in.h>
15. #include "pcre.h"
16. #include <iostream>
17. #include <string>
18. using namespace std;
19. #define OVECCOUNT 30 /* should be a multiple of 3 */
20. #define EBUFLEN 128
21. #define BUFLEN 1024
22. int main()
23. {
24. pcre *reCM, *reUN, *reTC, *reCDMA;
25. const char *error;
26. int erroffset;
27. int ovector[OVECCOUNT];
28. int rcCM, rcUN, rcTC, rcCDMA, i;
29. /*
30. yidong:134.135.136.137.138.139.150.151.152.157.158.159.187.188,147
31. liandong:130.131.132.155.156.185.186
32. dianxin:133.153.180.189
33. CDMA :133,153
34. */
35. char src[22];
36. char pattern_CM[] = "^1(3[4-9]|5[012789]|8[78])\\d{8}$";
37. char pattern_UN[] = "^1(3[0-2]|5[56]|8[56])\\d{8}$";
38. char pattern_TC[] = "^18[09]\\d{8}$";
39. char pattern_CDMA[] = "^1[35]3\\d{8}$";
40. printf("please input your telephone number \n");
41. scanf("%s", src);
42. printf("String : %s\n", src);
43. printf("Pattern_CM: \"%s\"\n", pattern_CM);
44. printf("Pattern_UN: \"%s\"\n", pattern_UN);
45. printf("Pattern_TC: \"%s\"\n", pattern_TC);
46. printf("Pattern_CDMA: \"%s\"\n", pattern_CDMA);
47. reCM = pcre_compile(pattern_CM, 0, &error, &erroffset, NULL);
48. reUN = pcre_compile(pattern_UN, 0, &error, &erroffset, NULL);
49. reTC = pcre_compile(pattern_TC, 0, &error, &erroffset, NULL);
50. reCDMA = pcre_compile(pattern_CDMA, 0, &error, &erroffset, NULL);
51. if (reCM==NULL && reUN==NULL && reTC==NULL && reCDMA==NULL) {
52. printf("PCRE compilation telephone failed at offset %d: %s\n", erroffset, error);
53. return 1;
54. }
55. rcCM = pcre_exec(reCM, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
56. rcUN = pcre_exec(reUN, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
57. rcTC = pcre_exec(reTC, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
58. rcCDMA = pcre_exec(reCDMA, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
59. if (rcCM<0 && rcUN<0 && rcTC<0 && rcCDMA<0) {
60. if (rcCM==PCRE_ERROR_NOMATCH && rcUN==PCRE_ERROR_NOMATCH &&
61. rcTC==PCRE_ERROR_NOMATCH && rcTC==PCRE_ERROR_NOMATCH) {
62. printf("Sorry, no match ...\n");
63. }
64. else {
65. printf("Matching error %d\n", rcCM);
66. printf("Matching error %d\n", rcUN);
67. printf("Matching error %d\n", rcTC);
68. printf("Matching error %d\n", rcCDMA);
69. }
70. free(reCM);
71. free(reUN);
72. free(reTC);
73. free(reCDMA);
74. return 1;
75. }
76. printf("\nOK, has matched ...\n\n");
77. if (rcCM > 0) {
78. printf("Pattern_CM: \"%s\"\n", pattern_CM);
79. printf("String : %s\n", src);
80. }
81. if (rcUN > 0) {
82. printf("Pattern_UN: \"%s\"\n", pattern_UN);
83. printf("String : %s\n", src);
84. }
85. if (rcTC > 0) {
86. printf("Pattern_TC: \"%s\"\n", pattern_TC);
87. printf("String : %s\n", src);
88. }
89. if (rcCDMA > 0) {
90. printf("Pattern_CDMA: \"%s\"\n", pattern_CDMA);
91. printf("String : %s\n", src);
92. }
93. free(reCM);
94. free(reUN);
95. free(reTC);
96. free(reCDMA);
97. return 0;
98. }

 

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1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <sys/mman.h>
4. #include <fcntl.h>
5. #include <string.h>
6. #include <unistd.h>
7. #include <sys/types.h>
8. #include <sys/wait.h>
9. #include <sys/stat.h>
10. #include <sys/ipc.h>
11. #include <sys/shm.h>
12. #include <assert.h>
13. #include <sys/socket.h>
14. #include <netinet/in.h>
15. #include "pcre.h"
16. #include <iostream>
17. #include <string>
18. using namespace std;
19. #define OVECCOUNT 30 /* should be a multiple of 3 */
20. #define EBUFLEN 128
21. #define BUFLEN 1024
22. int main()
23. {
24. pcre *re;
25. const char *error;
26. int erroffset;
27. int ovector[OVECCOUNT];
28. int rc, i;
29. char buffer[128];
30. memset(buffer,'\0',128);
31. char src [] = "";
32. char pattern [] = "";
33. printf("String : %s\n", src);
34. printf("Pattern: \"%s\"\n", pattern);
35. re = pcre_compile(pattern, 0, &error, &erroffset, NULL);
36. if (re == NULL) {
37. printf("PCRE compilation failed at offset %d: %s\n", erroffset, error);
38. return 1;
39. }
40. rc = pcre_exec(re, NULL, src, strlen(src), 0, 0, ovector, OVECCOUNT);
41. if (rc < 0) {
42. if (rc == PCRE_ERROR_NOMATCH) printf("Sorry, no match ...\n");
43. else printf("Matching error %d\n", rc);
44. free(re);
45. return 1;
46. }
47. printf("\nOK, has matched ...\n\n");
48. for (i = 0; i < rc; i++)
49. {
50. char *substring_start = src + ovector[2*i];
51. int substring_length = ovector[2*i+1] - ovector[2*i];
52. printf("%2d: %.*s\n", i, substring_length, substring_start);
53. }
54. free(re);
55. return 0;
56. }

[1]：一些正则表达库的对比

http://www.regular-expressions.info/refflavors.html

[2]：Boost和PCRE正则库的性能对比

http://www.boost.org/doc/libs/1_40_0/libs/regex/doc/gcc-performance.html

[3]：正则表达式语言元素

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/az24scfc.aspx

附录1：

元字符及其在正则表达式上下文中的行为的一个完整列表：

字符	描述
\	将下一个字符标记为一个特殊字符、或一个原义字符、或一个 后向引用、或一个八进制转义符。例如，'n' 匹配字符 "n"。'\n' 匹配一个换行符。序列 '\\' 匹配 "\" 而 "\(" 则匹配 "("。
^	匹配输入字符串的开始位置。如果设置了 RegExp 对象的 Multiline 属性，^ 也匹配 '\n' 或 '\r'之后的位置。
$	匹配输入字符串的结束位置。如果设置了RegExp 对象的 Multiline 属性，$ 也匹配 '\n' 或 '\r'之前的位置。
*	匹配前面的子表达式零次或多次。例如，zo* 能匹配 "z" 以及 "zoo"。 * 等价于{0,}。
+	匹配前面的子表达式一次或多次。例如，'zo+' 能匹配 "zo" 以及 "zoo"，但不能匹配 "z"。+ 等价于{1,}。
?	匹配前面的子表达式零次或一次。例如，"do(es)?" 可以匹配 "do" 或 "does" 中的"do" 。? 等价于{0,1}。
{n}	n 是一个非负整数。匹配确定的 n 次。例如，'o{2}' 不能匹配 "Bob" 中的 'o'，但是能匹配 "food"中的两个 o。
{n,}	n 是一个非负整数。至少匹配n 次。例如，'o{2,}' 不能匹配 "Bob" 中的 'o'，但能匹配 "foooood"中的所有 o。'o{1,}' 等价于 'o+'。'o{0,}' 则等价于 'o*'。
{n,m}	m 和 n 均为非负整数，其中n <= m。最少匹配 n 次且最多匹配 m 次。刘， "o{1,3}" 将匹配"fooooood" 中的前三个 o。'o{0,1}' 等价于 'o?'。请注意在逗号和两个数之间不能有空格。
?	当该字符紧跟在任何一个其他限制符 (*, +, ?, {n}, {n,}, {n,m}) 后面时，匹配模式是非贪婪的。非贪婪模式尽可能少的匹配所搜索的字符串，而默认的贪婪模式则尽可能多的匹配所搜索的字符串。例如，对于字符 串 "oooo"，'o+?' 将匹配单个 "o"，而 'o+' 将匹配所有 'o'。
.	匹配除 "\n" 之外的任何单个字符。要匹配包括 '\n' 在内的任何字符，请使用象 '[.\n]' 的模式。
(pattern)	匹配pattern 并获取这一匹配。所获取的匹配可以从产生的 Matches 集合得到，在VBScript 中使用 SubMatches 集合， 在Visual Basic Scripting Edition 中则使用 $0…$9 属性。要匹配圆括号字符，请使用 '\(' 或 '\)'。
(?:pattern)	匹配 pattern 但不获取匹配结果，也就是说这是一个非获取匹配，不进行存储供以后使用。这在使用"或" 字符 (|) 来组合一个模式的各个部分 是很有用。例如， 'industr(?:y|ies) 就是一个比'industry|industries' 更简略的表达式。
(?=pattern)	正向预查，在任何匹配 pattern 的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例 如， 'Windows (?=95|98|NT|2000)' 能匹配 "Windows 2000" 中的"Windows" ，但不能匹配 "Windows 3.1" 中的 "Windows"。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的字 符之后开始。
(?!pattern)	负向预查，在任何不匹配Negative lookahead matches the search string at any point where a string not matching pattern 的字符串开始处匹配查找字符串。这是一个非获取匹配，也就是说，该匹配不需要获取供以后使用。例如'Windows (?!95|98|NT|2000)' 能匹配 "Windows 3.1" 中的"Windows"，但不能匹配 "Windows 2000" 中的 "Windows"。预查不消耗字符，也就是说，在一个匹配发生后，在最后一次匹配之后立即开始下一次匹配的搜索，而不是从包含预查的 字符之后开始
x|y	匹配 x 或 y。例如，'z|food' 能匹配 "z" 或 "food"。'(z|f)ood' 则匹配 "zood" 或 "food"。
[xyz]	字符集合。匹配所包含的任意一个字符。例如， '[abc]' 可以匹配 "plain" 中的 'a'。
[^xyz]	负值字符集合。匹配未包含的任意字符。例如， '[^abc]' 可以匹配 "plain" 中的'p'。
[a-z]	字符范围。匹配指定范围内的任意字符。例如，'[a-z]' 可以匹配 'a' 到 'z' 范围内的任意小写字母字符。
[^a-z]	负值字符范围。匹配任何不在指定范围内的任意字符。例如，'[^a-z]' 可以匹配任何不在 'a' 到 'z'范围内的任意字符。
\b	匹配一个单词边界，也就是指单词和空格间的位置。例如， 'er\b' 可以匹配"never" 中的 'er'，但不能匹配 "verb" 中的 'er'。
\B	匹配非单词边界。'er\B' 能匹配 "verb" 中的 'er'，但不能匹配 "never" 中的 'er'。
\cx	匹配由x指明的控制字符。例如， \cM 匹配一个 Control-M 或回车符。 x 的值必须为 A-Z 或 a-z 之一。否则，将 c 视为一个原义的 'c' 字符。
\d	匹配一个数字字符。等价于 [0-9]。
\D	匹配一个非数字字符。等价于 [^0-9]。
\f	匹配一个换页符。等价于 \x0c 和 \cL。
\n	匹配一个换行符。等价于 \x0a 和 \cJ。
\r	匹配一个回车符。等价于 \x0d 和 \cM。
\s	匹配任何空白字符，包括空格、制表符、换页符等等。等价于 [ \f\n\r\t\v]。
\S	匹配任何非空白字符。等价于 [^ \f\n\r\t\v]。
\t	匹配一个制表符。等价于 \x09 和 \cI。
\v	匹配一个垂直制表符。等价于 \x0b 和 \cK。
\w	匹配包括下划线的任何单词字符。等价于'[A-Za-z0-9_]'。
\W	匹配任何非单词字符。等价于 '[^A-Za-z0-9_]'。
\xn	匹配 n，其中 n 为十六进制转义值。十六进制转义值必须为确定的两个数字长。例如， '\x41' 匹配"A"。'\x041' 则等价于 '\x04' & "1"。正则表达式中可以使用 ASCII 编码。.
\num	匹配 num，其中 num 是一个正整数。对所获取的匹配的引用。例如，'(.)\1' 匹配两个连续的相同字符。
\n	标识一个八进制转义值或一个后向引用。如果 \n 之前至少 n 个获取的子表达式，则 n 为后向引用。否则，如果 n 为八进制数字 (0-7)，则 n 为一个八进制转义值。
\nm	标识一个八进制转义值或一个后向引用。如果 \nm 之前至少有is preceded by at least nm 个获取得子表达式，则 nm 为后向引用。如果 \nm 之前至少有 n 个获取，则 n 为一个后跟文字 m 的后向引用。如果前面 的条件都不满足，若  n 和 m 均为八进制数字 (0-7)，则 \nm 将匹配八进制转义值 nm。
\nml	如果 n 为八进制数字 (0-3)，且 m 和 l 均为八进制数字 (0-7)，则匹配八进制转义值 nml。
\un	匹配 n，其中 n 是一个用四个十六进制数字表示的 Unicode 字符。例如， \u00A9 匹配版权符号(?)。