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《精通正则表达式(第3版)》第6章 打造高效正则表达式

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Crafting an Efficient Expression

Perl、Java、.NET、Python和PHP(这里没有列全,其他语言请参考第145页的表格)使用的都是表达式主导的NFA引擎,细微的改变就可能对匹配的结果及方式产生重大的影响。DFA中不存在的问题,对NFA来说却很重要。因为NFA引擎容许用户进行精确控制,所以我们可以用心打造(译注1)正则表达式,但对不熟悉的人来说,这样可能会带来麻烦。本章讲解的就是调校正则表达式的诀窍。

调校表达式时需要考虑的两个因素是准确性和效率:精确匹配我们需要的文本,不包含多余的内容,而且速度要快。第4章和第5章探讨了准确性,现在我们来考察NFA引擎的效率,以及如何有效地利用这些知识(我们会在合适的时候提到DFA的问题,不过本章主要关注的还是基于 NFA 的引擎)。总的来说,关键在于彻底理解回溯背后的过程,学习些技巧来避免可能的回溯。在深入了解了处理机制的细节之后,读者不但能够把匹配的速度提到最高,写更复杂的正则表达式时也会更有信心。

本章内容

为了让读者彻底掌握这些知识,本章首先说明了效率的重要性,然后回顾前几章讲解过的回溯,重点强调效率和回溯对整个匹配的影响,为掌握高级的技巧做准备。然后我们会考察一些常见的内部优化措施,它们可能对效率有相当程度的实质性影响;还要讲解,针对具体实现方式,如何构建最合适的正则表达式。最后,我会做个总结,传授一些终极技巧,来构建快如雷霆的NFA表达式。

测试与回溯

我们将看到的例子代表了使用正则表达式时经常遇到的情况。在分析某个的正则表达式的效率时,我有时会列出正则引擎在匹配过程中进行的独立测试(inpidual test)的次数。如果用正则表达式「marty」匹配smarty,一共会进行6次独立测试,首先是「m」对s(匹配失败),然后是「m」对m,「a」对a,依次继续。我通常会给出回溯的次数(本例中回溯次数为0,不过,正则引擎的传动装置必然会在第二个字符处重试正则表达式,这或许可以算作一次回溯)

之所以要列出这些数字,并不是为表明精确性,而是因为它们比“许多”、“少量”、“多次”、“更好”、“不太多”之类更为准确。我的意思不是说,在NFA上使用正则表达式需要精确地考察测试和回溯的次数,我只是希望让读者知道这些例子的相对优劣。

另一个重要的问题是,你必须意识到这些“精确”的数字可能根据工具的不同而有所不同。我期望读者能够知道,它只是针对具体例子的、相对的粗略表现。不同工具之间的一个重要区别就是,它们可能使用的优化措施不同。如果能够预先判断目标字符串基本无法匹配(例如目标字符串缺少一个引擎能够预知的,匹配成功必须的字符),足够聪明的实现方式可以完全不应用正则表达式。我在本章讨论了这些重要的优化措施,不过普遍原理比具体问题更为重要。

传统型NFA还是POSIX NFA

在分析效率时,一定不要忘记所使用工具的引擎类型:传统型NFA还是POSIX NFA。下一节中我们会看到,有些问题只对某种引擎存在。有的改变可能对其中之一没有影响,对另一个却有极大的影响。还是那句话,理解基本原理,就能应付各种情况。