正则表达式基础与实践
一、正则表达式概述
1. 定义
正则表达式（Regular Expression，简称 RE）是用于描述字符排列和匹配模式的语法规则，核心作用是对字符串进行分割、匹配、查找、替换操作。它本质是 “模式模板”，Linux 工具（如 grep、egrep、awk）可通过该模板过滤文本数据流，最终输出 “匹配的数据” 或 “滤掉的数据”。
2. 应用场景
- 判断字符串是否符合特定格式（如手机号、邮箱、日期）；
- 从大量文本中提取目标内容（如日志中的 IP 地址、错误信息）；
- 批量替换文本中的指定字符或格式。
3. 组成结构
正则表达式由 普通字符 和 元字符 组成：
- 普通字符：大小写字母（A-Z、a-z）、数字（0-9）、标点符号（!、@、# 等）及其他常规符号，仅匹配自身；
- 元字符：具有特殊意义的专用字符，用于规定前导字符的出现模式（如匹配开头、结尾、重复次数等）。
二、基础正则表达式（BRE）
基础正则表达式是正则的核心语法，适用于 grep、sed 等工具，以下是常用元字符及示例：
元字符 | 功能说明 | 示例 | 示例说明 |
\ | 转义字符，取消后续特殊符号的含义 | \!、\$、\n | 匹配 !、$、换行符 \n |
^ | 匹配字符串的开始位置 | ^a、^the、^# | 匹配以 a、the、# 开头的行 |
$ | 匹配字符串的结束位置 | word$、^$ | 匹配以 word 结尾的行；^$ 匹配空行 |
. | 匹配除换行符 \n 以外的任意一个字符 | lo.k、l..k | 匹配 lok（o 和 k 间 1 个任意字符）、lbck（l 和 k 间 2 个任意字符） |
* | 匹配前面一个字符出现0 次或多次（可重复任意次，包括不出现） | loo*k、lo*k | loo*k 匹配 lk（0 个 o）、lok（1 个 o）、look（2 个 o）等；lo*k 同理 |
[list] | 匹配 list 列表中的任意一个字符（列表可是字符集、范围） | go[ola]d、[a-z]、[0-9] | go[ola]d 匹配 gold、goal、god；[0-9] 匹配任意 1 位数字 |
[^list] | 匹配非 list 列表中的任意一个字符（取反） | [^0-9]、[^a-z] | [^0-9] 匹配非数字字符；[^a-z] 匹配非小写字母 |
\{n\} | 匹配前面一个字符恰好 n 次（grep 需加 \，egrep/awk 无需加） | lo\{2\}k、[0-9]\{2\} | lo\{2\}k 匹配 look（o 出现 2 次）；[0-9]\{2\} 匹配任意 2 位数字 |
\{n,\} | 匹配前面一个字符不少于 n 次（≥n 次） | lo\{2,\}k、[0-9]\{2,\} | lo\{2,\}k 匹配 look（2 次 o）、loook（3 次 o）等；[0-9]\{2,\} 匹配 2 位及以上数字 |
\{n,m\} | 匹配前面一个字符n 到 m 次（≥n 且 ≤m 次） | lo\{2,3\}k、[0-9]\{2,3\} | lo\{2,3\}k 匹配 look（2 次 o）、loook（3 次 o）；[0-9]\{2,3\} 匹配 2-3 位数字 |
基础正则实践（基于 a.txt 文本）
1. 准备测试文本 a.txt
先创建文本文件，内容如下：
lkloklookloooklooooookloooooaaaklooooooookabbbbcdabbbbcd666ooooloooookoooooolkaoblck2. 实践案例（grep 命令）
命令 | 匹配逻辑 | 输出结果（a.txt 中匹配的行） |
grep "loo*k" a.txt | 匹配 l 后接任意次 o（0 次及以上），再接 k | lok、look、loook、looooook、looooooook、ooooloooook |
grep "lo.k" a.txt | 匹配 l 后接 o、1 个任意字符，再接 k | look（o 和 k 间是 o，符合 “1 个任意字符”） |
grep "lo.*k" a.txt | 匹配 l 后接 o、任意个任意字符（0 次及以上），再接 k | lok、look、loook、looooook、loooooaaak、looooooook、ooooloooook（o 和 k 间可含字母如 aaa） |
grep "lo\{2\}k" a.txt | 匹配 l 后接 2 次 o，再接 k | look |
grep "lo\{2,\}k" a.txt | 匹配 l 后接≥2 次 o，再接 k | look、loook、looooook、looooooook、ooooloooook |
grep "lo\{2,3\}k" a.txt | 匹配 l 后接 2-3 次 o，再接 k | look（2 次 o）、loook（3 次 o） |
grep "^a" a.txt | 匹配以 a 开头的行 | abbbbcd、abbbbcd666、aoblck |
grep "6$" a.txt | 匹配以 6 结尾的行 | abbbbcd666 |
三、扩展正则表达式（ERE）
扩展正则表达式在基础正则上新增了元字符，功能更灵活，适用于 egrep（grep -E）、awk 等工具（无需对 {}、+ 等元字符转义，grep 需加 \ 转义）。
元字符 | 功能说明 | 示例 | 示例说明 |
+ | 匹配前面一个字符出现1 次及以上（至少出现 1 次，区别于 * 的 “0 次及以上”） | lo+k | 匹配 lok（1 次 o）、look（2 次 o）、loook（3 次 o）等，不匹配 lk（0 次 o） |
? | 匹配前面一个字符出现0 次或 1 次（最多出现 1 次） | lo?k | 匹配 lk（0 次 o）、lok（1 次 o），不匹配 look（2 次 o） |
() | 将括号中的字符串作为一个整体（分组），用于批量匹配或重复 | l(oo)+k | 把 oo 视为整体，匹配 look（1 次 oo）、looook（2 次 oo）等 |
` | ` | 逻辑 “或”，匹配 ` | ` 两侧任意一个表达式 |
{n} | 同基础正则 \{n\}，匹配前面字符恰好 n 次（无需转义） | lo{3}k | 匹配 loook（o 出现 3 次） |
{n,} | 同基础正则 \{n,\}，匹配前面字符≥n 次（无需转义） | lo{3,}k | 匹配 loook（3 次 o）、looooook（5 次 o）等 |
{n,m} | 同基础正则 \{n,m\}，匹配前面字符 n-m 次（无需转义） | lo{3,5}k | 匹配 loook（3 次 o）、looooook（5 次 o），不匹配 looooooook（6 次 o） |
扩展正则实践（基于 a.txt 文本）
使用 egrep 命令（支持扩展正则，无需转义），实践案例如下：
命令 | 匹配逻辑 | 输出结果（a.txt 中匹配的行） |
egrep "lo+k" a.txt | 匹配 l 后接≥1 次 o，再接 k | lok、look、loook、looooook、looooooook、ooooloooook |
egrep "lo?k" a.txt | 匹配 l 后接 0-1 次 o，再接 k | lk（0 次 o）、lok（1 次 o）、oooooolk（ooooo 后接 o?，即 0-1 次 o，最终匹配 oooooolk） |
egrep "l(oo)+k" a.txt | 匹配 l 后接≥1 次 oo 组，再接 k | look（1 次 oo）、looooook（2 次 oo）、looooooook（3 次 oo）、ooooloooook（含 oo 组） |
`egrep "(oo | ab)" a.txt` | 匹配含 oo 或 ab 的行 |
egrep "lo{3}k" a.txt | 匹配 l 后接 3 次 o，再接 k | loook |
egrep "lo{3,}k" a.txt | 匹配 l 后接≥3 次 o，再接 k | loook、looooook、looooooook、ooooloooook |
egrep "lo{3,5}k" a.txt | 匹配 l 后接 3-5 次 o，再接 k | loook（3 次 o）、ooooloooook（loooo 即 4 次 o，符合 3-5 次范围） |
四、补充实践（基于 b.txt 文本）
1. 准备测试文本 b.txt
创建文本文件，内容如下：
loklo12klo1kloAkloBklookloaklodkabcd12342. 案例（基础 / 扩展正则结合）
命令 | 正则类型 | 匹配逻辑 | 输出结果（b.txt 中匹配的行） |
grep "[a-zA-Z0-9]k" b.txt | 基础 | 匹配 “字母 / 数字 + k” 的组合 | lo1k、loAk、loBk、look、loak、lodk |
grep "lo[ABo]k" b.txt | 基础 | 匹配 lo 后接 A/B/o，再接 k | loAk、loBk、look |
grep "lo[^a-zA-Z]k" b.txt | 基础 | 匹配 lo 后接 “非字母”，再接 k | lo1k（lo 后是数字 1，非字母） |
grep "[^a-zA-Z]" b.txt | 基础 | 匹配含 “非字母” 的行（即含数字、符号等） | lo12k、lo1k、1234 |
五、工具使用说明
工具 | 支持的正则类型 | 特殊说明（元字符转义） |
grep | 基础正则（BRE） | 使用 {n}、{n,}、{n,m} 需加转义 \（如 \{2\}）；扩展正则需加 -E 参数（grep -E 等价于 egrep） |
egrep | 扩展正则（ERE） | 无需转义 {}、+、?、()、` |
awk | 扩展正则（ERE） | 无需转义，支持所有扩展正则元字符 |
sed | 基础正则（BRE） | 使用扩展正则需加 -r 参数 |
Linux 文本处理三剑客（grep、sed、awk）
一、grep：文本过滤工具
grep 是 Linux 中最基础的文本过滤工具，核心功能是按 “字符串” 或 “正则表达式” 筛选文本行，仅输出匹配的内容，常用于日志分析、配置文件检索等场景。
1. 核心语法
grep [选项] "匹配规则" 目标文件
2. 常用选项与功能
选项 | 功能说明 | 示例 |
无选项 | 直接匹配包含 “字符串” 的行，输出整行内容 | grep "blp5" /tmp/services（输出含 “blp5” 的行） |
-v | 反向匹配：输出不包含“字符串” 的行 | grep -v "udp" /tmp/services（输出不含 “udp” 的行） |
-i | 忽略大小写：匹配时不区分字母大小写 | grep -i "BLP5" /tmp/services（同时匹配 “blp5”“BLP5” 等） |
-o | 仅显示匹配部分：不输出整行，只打印匹配的字符串 | grep -o "48[0-9]\+" /tmp/services（仅输出以 “48” 开头的数字） |
-n | 显示行号：输出匹配行的行号及内容 | grep -n "tcp" /tmp/services（输出含 “tcp” 的行号 + 内容） |
-E | 支持扩展正则表达式（等价于 egrep） | grep -E "lo{2,3}k" a.txt（匹配 “look”“loook”） |
3. 常用匹配规则（结合正则）
匹配规则 | 功能 | 示例 |
^字符串 | 匹配以 “字符串” 开头的行 | grep "^blp5" /tmp/services（输出以 “blp5” 开头的行） |
字符串$ | 匹配以 “字符串” 结尾的行 | grep "6$" a.txt（输出以 “6” 结尾的行） |
^$ | 匹配空行 | grep -v "^$" /etc/httpd/conf/httpd.conf（过滤配置文件空行） |
[字符集] | 匹配字符集中的任意一个字符 | grep "lo[ABo]k" b.txt（匹配 “loAk”“loBk”“look”） |
[^字符集] | 匹配非字符集中的任意一个字符 | grep "lo[^a-z]k" b.txt（匹配 “lo1k”，不匹配 “loak”） |
4. 典型场景示例
- 过滤 Apache 配置文件注释行和空行：
grep -v "^#" /etc/httpd/conf/httpd.conf | grep -v "^$"
- 从日志中提取 IP 地址（假设日志含 “192.168.x.x” 格式 IP）：
grep -o "192\.168\.[0-9]\+\.[0-9]\+" /var/log/access.log
二、sed：流编辑器（文本修改工具）
sed（Stream Editor）是 “流编辑器”，核心功能是按规则逐行处理文本（修改、删除、添加、替换），处理时不直接修改原文件（需 -i 选项），常用于批量修改配置、文本格式化等场景。
sed 的核心逻辑：将文本行逐行读入 “模式空间”（临时缓冲区），按命令处理后输出，再处理下一行，直到文件结束。
1. 核心语法
sed [选项] "地址范围 命令" 目标文件
创建文本文件，内容如下：
cat /tmp/services
nimgtw 48003/udp # Nimbus Gateway
3gpp-cbsp 48049/t//cp # 3GPP Cell Broadcast Service Protocol
isnetserv 48128/tcp # Image Systems Network Services
isnetserv 48128/udp # Image Systems Network Services
blp5 48129/tcp # Bloomberg locator
blp5 48129/udp # Bloomberg locator
com-bardac-dw 48556/tcp # com-bardac-dw
com-bardac-dw 48556/udp # com-bardac-dw
iqobject 48619/tcp # iqobject
iqobject 48619/udp # iqobject
2. 常用选项
选项 | 功能说明 | 示例 |
-n | 不打印模式空间：仅输出被命令处理后的行（需配合 p 命令） | sed -n "1,3p" /tmp/services（仅输出 1-3 行） |
-i | 直接修改原文件：无需重定向，直接覆盖原文件内容（慎用！） | sed -i "s/blp5/test/g" /tmp/services（将原文件中 “blp5” 替换为 “test”） |
-e | 执行多个命令：一次处理中执行多个 sed 命令 | sed -e "1,4d" -e "s/blp5/test/" /tmp/services（先删 1-4 行，再替换字符串） |
-f | 从文件读取命令：将 sed 命令写入文件，通过 -f 调用 | sed -f sed_commands.txt /tmp/services（sed_commands.txt 中存 sed 命令） |
-r | 支持扩展正则表达式：无需对 {} + 等元字符转义 | sed -r "s/(lo{2})k/\1_test/" a.txt（匹配 “look” 并替换为 “loo_test”） |
3. 关键概念：地址范围（指定处理哪些行）
sed 通过 “地址范围” 限定命令作用的行，常见格式如下：
地址范围格式 | 功能 | 示例 |
数字 | 仅处理第 N 行 | sed "5d" /tmp/services（删除第 5 行） |
数字1,数字2 | 处理第 N1 行到第 N2 行 | sed "1,3p" /tmp/services（打印 1-3 行） |
数字,+$N | 从第 N 行开始，向后 N 行 | sed "/blp5/,+1p" /tmp/services（打印 “blp5” 行及后 1 行） |
数字~步长 | 从第 N 行开始，每 “步长” 行处理一次 | sed "1~2d" /tmp/services（删除奇数行，步长 = 2） |
/正则/ | 处理匹配 “正则” 的行 | sed "/^blp5/d" /tmp/services（删除以 “blp5” 开头的行） |
/正则1/,/正则2/ | 处理 “正则 1” 匹配行到 “正则 2” 匹配行 | sed "/^blp5/,/^com/p" /tmp/services（打印 “blp5” 到 “com” 开头的行） |
$ | 处理最后一行 | sed "$d" /tmp/services（删除最后一行） |
4. 常用 sed 命令（处理文本的核心操作）
命令 | 功能 | 示例 |
p | 打印：输出模式空间中的行（需配合 -n） | sed -n "1~2p" /tmp/services（打印奇数行） |
d | 删除：删除模式空间中的行，不输出 | sed "/udp/d" /tmp/services（删除含 “udp” 的行） |
s/旧值/新值/[选项] | 替换：将 “旧值” 替换为 “新值”，默认仅替换每行第一个匹配 | - s/blp5/test/：替换每行第一个 “blp5” 为 “test” - s/blp5/test/g：g（全局替换），替换每行所有 “blp5” - s/48049/&.123/：& 引用匹配内容，将 “48049” 改为 “48049.123” |
a \文本 | 追加：在匹配行下方添加 “文本” | sed "/blp5/a \new_line" /tmp/services（在 “blp5” 行下加 “new_line”） |
i \文本 | 插入：在匹配行上方添加 “文本” | sed "/blp5/i \new_line" /tmp/services（在 “blp5” 行上加 “new_line”） |
c \文本 | 替换行：将匹配行整体替换为 “文本” | sed "/blp5/c \replace_line" /tmp/services（将 “blp5” 行替换为 “replace_line”） |
r 文件名 | 读取文件：将 “文件名” 的内容追加到匹配行下方 | sed "/blp5/r a.txt" /tmp/services（在 “blp5” 行下追加 a.txt 内容） |
w 文件名 | 写入文件：将匹配行写入 “文件名”（不影响屏幕输出） | sed "/blp5/w b.txt" /tmp/services（将 “blp5” 行保存到 b.txt） |
5. 典型场景示例
- 批量替换配置文件中的字符串（修改原文件）：
sed -i "s/Listen 80/Listen 8080/g" /etc/httpd/conf/httpd.conf
- 删除日志文件中第 10-20 行的注释（假设注释以 “#” 开头）：
sed -i "10,20s/^#//" /var/log/app.log
- 将文本中 “端口 / 协议” 格式（如 48003/udp）改为 “协议 / 端口”（如 udp/48003）：
sed -r "s/(.*)([0-9]+)\/(tcp|udp)(.*)/\1\3\/\2\4/" /tmp/services
三、awk：文本处理编程语言
awk 是功能最强大的文本处理工具，兼具 “编程语言” 特性，支持字段分割、变量运算、条件判断、循环等，核心优势是 “按字段处理文本”（如表格数据、日志的字段提取），常用于数据统计、报表生成等场景。
awk 的核心逻辑：将文本逐行视为 “记录”，每行按 “分隔符” 拆分为多个 “字段”（默认分隔符为空格 / 制表符），通过 $1 $2... 引用字段（$0 表示整行）。
1. 核心语法
awk [选项] '模式 { 动作 }' 目标文件
- 模式：指定处理哪些行（如 BEGIN END、正则、行号范围）；
- 动作：对匹配的行执行的操作（如打印字段、运算、判断）。
2. 常用选项
选项 | 功能说明 | 示例 |
-F 分隔符 | 指定字段分隔符（默认是空格 / 制表符） | awk -F ":" '{print $1,$3}' /etc/passwd（以 “:” 为分隔符，打印第 1、3 字段） |
-v 变量=值 | 定义 awk 变量（在处理文本前赋值） | awk -v num=5 '$3 > num {print $0}' /etc/passwd（打印第 3 字段大于 5 的行） |
-f 文件名 | 从文件读取 awk 脚本（将 “模式 + 动作” 写入文件） | awk -f script.awk /tmp/services（script.awk 中存 awk 逻辑） |
--profile=[文件] | 将 awk 命令格式化输出到文件（便于调试） | awk --profile=prof.txt 'BEGIN{print "test"}'（将脚本写入 prof.txt） |
3. 核心模式（控制处理范围）
模式 | 功能 | 示例 |
BEGIN { 动作 } | 处理文本前执行（仅执行一次），常用于初始化变量、打印表头 | awk 'BEGIN{print "Service\tPort"; print "==="}' /tmp/services（先打印表头） |
END { 动作 } | 处理文本后执行（仅执行一次），常用于统计结果、打印表尾 | awk '{count++} END{print "总行数："count}' /tmp/services（统计文件总行数） |
/正则/ | 处理匹配 “正则” 的行 | awk '/tcp/{print $1,$2}' /tmp/services（打印含 “tcp” 的行的第 1、2 字段） |
行号范围 | 处理指定行号的行 | awk '1,3{print $0}' /tmp/services（打印 1-3 行） |
条件判断 | 处理满足条件的行 | awk '$2 ~ /48129/{print $0}' /tmp/services（第 2 字段含 “48129” 的行） |
4. 常用内置变量（无需定义直接使用）
内置变量 | 功能 | 示例 |
$0 | 表示当前行的完整内容 | awk '{print $0}' /tmp/services（打印整行） |
$n | 表示当前行的第 n 个字段（n 为数字） | awk -F ":" '{print $1}' /etc/passwd（打印用户名，第 1 字段） |
NF | 表示当前行的 “字段总数” | awk '{print "当前行字段数："NF}' /tmp/services（输出每行的字段数） |
NR | 表示当前行的 “行号”（整个文件的行号） | awk 'NR>5{print NR,$0}' /tmp/services（打印行号大于 5 的行） |
FS | 字段分隔符（等价于 -F 选项，默认是空格） | awk 'BEGIN{FS=":"} {print $1,$3}' /etc/passwd（以 “:” 为分隔符） |
OFS | 输出字段分隔符（默认是空格） | `awk 'BEGIN{FS=":";OFS=" |
5. 典型场景示例
- 统计 /etc/passwd 中 UID 大于 1000 的用户数：
awk -F ":" '$3 > 1000 {count++} END{print "普通用户数："count}' /etc/passwd
- 从 Apache 访问日志（假设格式为 “IP 时间 请求路径”）中提取访问最多的前 5 个 IP：
awk '{print $1}' /var/log/access.log | sort | uniq -c | sort -nr | head -5
- 格式化输出 /tmp/services 内容（添加表头、对齐字段）：
awk 'BEGIN{print "Service\t\tPort/Protocol\tDescription";print "----------------------------------------"} {printf "%-15s %-15s %s\n", $1, $2, $3}' /tmp/services结果
Service Port Description
===
nimgtw 48003/udp # Nimbus Gateway
3gpp-cbsp 48049/tcp # 3GPP Cell Broadcast Service Protocol
isnetserv 48128/tcp # Image Systems Network Services
isnetserv 48128/udp # Image Systems Network Services
blp5 48129/tcp # Bloomberg locator
blp5 48129/udp # Bloomberg locator
com-bardac-dw 48556/tcp # com-bardac-dw
com-bardac-dw 48556/udp # com-bardac-dw
iqobject 48619/tcp # iqobject
iqobject 48619/udp # iqobject
===
END......
- 计算文本中第 2 字段（假设是数字）的总和：
awk '{sum += $2} END{print "总和："sum}' /tmp/services
四、三剑客功能对比与适用场景
工具 | 核心优势 | 适用场景 | 特点 |
grep | 快速过滤文本行 | 日志检索、关键词匹配、筛选行 | 功能单一，仅 “过滤”，不修改内容 |
sed | 批量修改文本 | 字符串替换、行删除 / 添加、格式调整 | 按 “行” 处理，适合简单修改，不擅长字段运算 |
awk | 字段处理与数据统计 | 字段提取、数据计算、报表生成、条件判断 | 按 “字段” 处理，支持编程逻辑，功能最全面 |
总结：简单筛选用 grep，批量修改用 sed，复杂字段处理或统计用 awk，实际场景中三者常结合使用（如 grep 筛选后用 sed 修改，再用 awk 统计）。
