shell之通配符及正则表达式

通配符与正则表达式

通配符（Globbing）

通配符是由 Shell 处理的特殊字符，用于路径或文件名匹配。当 Shell 在命令参数中遇到通配符时，会将其扩展为匹配的文件路径；若没有匹配项，则作为普通字符传递给命令。

Shell 中的通配符列表
通配符描述示例
*匹配任意长度的字符（包括 0 个）ls *.txt：匹配所有 .txt 文件
?匹配单个任意字符ls file?.txt：匹配 file1.txt、fileA.txt 等
[charset]匹配字符集中的任意单个字符ls [abc].txt：匹配 a.txt、b.txt、c.txt
[^charset]匹配不在字符集中的任意单个字符ls [^0-9].txt：匹配非数字开头的 .txt 文件
[a-z]匹配指定范围内的单个字符（小写字母）ls [a-c]file：匹配 afile、bfile、cfile
[[:class:]]匹配 POSIX 字符类中的字符ls [[:digit:]]*：匹配数字开头的文件

POSIX 字符类（需用 [[:class:]] 表示）：

水平空白字符（[:blank:]）

定义：仅包含在同一行内起分隔作用的空白字符。
包含字符：

  • 空格（）：ASCII 32（十进制），用于单词分隔。
  • 制表符（\t）：ASCII 9，用于文本对齐（水平跳格）

垂直空白字符（[:space:]）

定义：用于换行或分页的空白字符，会导致文本显示位置移动到新行或新页。
包含字符：

  • 换行符（\n）：ASCII 10，用于换行（如 Unix/Linux 系统的行尾符）。
  • 回车符（\r）：ASCII 13，用于回到行首（如 Windows 系统的行尾符为 \r\n）。
  • 换页符（\f）：ASCII 12，用于分页（如打印时换页）。
  • 垂直制表符（\v）：ASCII 11，用于垂直跳格（很少使用）。
字符类描述等价写法
[:alnum:]字母或数字[A-Za-z0-9]
[:alpha:]字母（大小写）[A-Za-z]
[:digit:]数字[0-9]
[:lower:]小写字母[a-z]
[:upper:]大写字母[A-Z]
[:space:]空白字符（空格、制表符、换行符等）—
[:punct:]标点符号—
通配符实例文件自己chuang

  1. 匹配以 menu0 开头的文件

    ls menu0*  # 输出：menu01.sh menu02.sh menu03.sh menu04.sh

  2. 匹配以 m 开头且后接单个字符的文件

    ls m?  # 输出：m1 m2 m3（假设存在这些文件）

  3. 匹配以 m 或 n 开头的文件

    ls [mn]*  # 匹配 `m*` 和 `n*` 的文件

  4. 匹配字母开头的文件（不区分大小写）

    ls [a-Z]*  # 注意：`[a-Z]` 实际包含 ASCII 字符范围，可能包含非字母（如 `[`、`\` 等），推荐用 `[[:alpha:]]`
ls [[:alpha:]]*  # 正确匹配所有字母开头的文件

  5. 匹配数字开头的文件

    ls [[:digit:]]*  # 等价于 `ls [0-9]*`

  6. 匹配字母或数字开头的文件

    ls [[:alnum:]]*  # 匹配 `[0-9A-Za-z]*`

正则表达式（Regular Expression, RE）

正则表达式是用于文本内容匹配的模式，常用于 grep、sed、awk 等工具中，针对文件内容而非文件名。

正则表达式基础概念
  • 作用：通过特殊字符组合，实现字符串的搜索、替换、删除等操作。
  • 优势：简化文本处理逻辑，减少代码量。
  • 分类：
    • 基本正则表达式（BRE）：支持基础元字符，需转义部分符号（如 {}）。
    • 扩展正则表达式（ERE）：支持更多元字符（如 +、?），无需转义 {} 等符号。
基本正则表达式（BRE）元字符
元字符描述示例
^匹配行首grep ^root /etc/passwd：匹配以 root 开头的行
$匹配行尾grep bash$ /etc/passwd：匹配以 bash 结尾的行
.匹配单个任意字符grep r.t /etc/passwd：匹配 r 和 t 之间有一个字符的行（如 rot、rxt）
*匹配前一个字符 0 次或多次grep r.*t /etc/passwd：匹配 r 和 t 之间有任意字符的行
[]匹配字符集中的任意单个字符grep r[a-z]t /etc/passwd：匹配 r 和 t 之间为小写字母的行
[^]匹配不在字符集中的任意单个字符grep r[^a-z]t /etc/passwd：匹配 r 和 t 之间为非小写字母的行
\{n,m\}匹配前一个字符 n 到 m 次（需转义）grep 'r\{3\}t' /etc/passwd：匹配 r 重复 3 次后接 t 的行

POSIX 字符类（在正则中同样适用）：

grep [[:digit:]]\{3,4\} /etc/passwd  # 匹配 3-4 位数字
扩展正则表达式（ERE）元字符

需通过 egrep 或 grep -E 使用，无需转义特殊符号。

元字符描述示例与匹配结果
+匹配前一个字符 1 次或多次（至少出现 1 次）。egrep 'r+t' /etc/passwd
匹配 rt、rrt、rrrt 等（r 至少出现 1 次后接 t）。
?匹配前一个字符 0 次或 1 次（可选出现）。egrep 'colou?r' /etc/passwd
匹配 color 或 colour（u 可选:u可出现0次或者1次）。
{n}匹配前一个字符 恰好 n 次。egrep 'r{3}t' /etc/passwd
匹配 rrrt（r 连续出现 3 次）。
{n,}匹配前一个字符 至少 n 次。egrep 'r{2,}t' /etc/passwd
匹配 rrt、rrrt、rrrrrt 等（r 至少出现 2 次）。
{n,m}匹配前一个字符 n 到 m 次之间（包含 n 和 m）。egrep 'r{2,4}t' /etc/passwd
匹配 rrt、rrrt、rrrrt（r 出现 2-4 次）。
(pattern1|pattern2)匹配多个模式中的 任意一个（使用竖线 | 分隔）。egrep '^(root|admin)' /etc/passwd
匹配以 root 或 admin 开头的行。
正则表达式工具对比
工具正则类型说明
grep基本正则表达式（BRE）需转义 {} 等符号
egrep扩展正则表达式（ERE）直接使用 +、?、{} 等符号
fgrep不支持正则按字面匹配字符串
 正则表达式实例

  1. 匹配以 bash 结尾的行

    grep bash$ /etc/passwd  # 基本正则
egrep bash$ /etc/passwd  # 扩展正则（等价）

  2. 匹配 3-4 位数字

    grep '[[:digit:]]\{3,4\}' /etc/passwd  # BRE，需转义 {}
egrep '[[:digit:]]{3,4}' /etc/passwd  # ERE，无需转义

  3. 匹配以空白字符开头、非空白字符后跟的行

    grep "^[[:space:]]\+[^[:space:]]" /etc/grub2.cfg  # BRE，`\+` 表示 `+`
egrep "^[[:space:]]+[^[:space:]]" /etc/grub2.cfg  # ERE，直接用 `+`

  4. 匹配包含 Failed 或 FAILED 的行（不区分大小写）

    grep -i 'failed' /var/log/secure  # 基本正则，`-i` 忽略大小写
egrep -i 'failed|FAILED' /var/log/secure  # 扩展正则，匹配任意模式

通配符与正则表达式对比

特性通配符正则表达式
处理者Shell（路径扩展）命令（如 grep）
作用对象文件名或路径文本内容
元字符差异*、?、[].*、+、() 等
典型场景ls *.txt、rm data_*grep "pattern" file、sed -e "s/regex/replace/"

7.4 练习与答案（扩展）

练习 1：显示 /etc/passwd 中以不区分大小的 h 开头的行
grep -i ^h /etc/passwd  # `-i` 忽略大小写，`^h` 匹配行首
练习 2：显示 /etc/passwd 中以 sh 结尾的行
grep sh$ /etc/passwd  # `$` 匹配行尾
练习 3：显示 /etc/fstab 中以 # 开头、后跟一个或多个空白字符和非空白字符的行
grep "^#[[:space:]]\+[^[:space:]]" /etc/fstab  # BRE，`\+` 表示一个或多个空白字符
egrep "^#[[:space:]]+[^[:space:]]" /etc/fstab  # ERE，直接用 `+`
练习 4：查找 /etc/rc.d/rc.local 中包含以 to 开始并以 to 结尾的字串的行
grep "to.*to" /etc/rc.d/rc.local  # `.*` 匹配任意字符
练习 5：查找 /etc/passwd中包含sbin行，或者以s开头，以n结尾的单词的行
1、grep -w 'sbin' /etc/passwd  # `\<` 和 `\>` 表示单词边界-w 会强制 grep 仅匹配独立的完整单词，而非单词的一部分。具体规则：
单词边界：单词必须被非单词字符（如空格、标点符号、换行符）包围。
单词字符：通常指字母、数字和下划线（即 [A-Za-z0-9_]）。选项 / 元字符	功能	示例匹配
-w	匹配完整单词，自动添加单词边界检查	grep -w 'foo' → 匹配 foo，但不匹配 foobar
\< 和 \>	正则表达式中的单词边界元字符	grep '\<foo\>' → 同上，但需手动添加元字符2、grep -Eo '\bs[a-z]*n\b' /etc/passwd  # 仅匹配小写字母
-o 是只显示匹配内容
\b：显式定义单词边界grep -Ew 's[a-z]*n' /etc/passwd注意：如果你要匹配以s开头，以n结尾单词的行，根据grep版本的问题，.*进行贪婪匹配，会尽可能多的去匹配，达不到预期的效果，所以我们把任意字符改为任意数量的小写字母。
练习 6：查找 ifconfig 结果中 1-255 之间的整数
ifconfig | egrep -w "[1-9]|[1-9][0-9]|1[0-9]{2}|2[0-4][0-9]|25[0-5]"
练习 7：显示 /var/log/secure 中包含 Failed 或 FAILED 的行
grep -i 'failed' /var/log/secure  # 简化写法，匹配大小写
练习 8：在 /etc/passwd 中取出默认 Shell 为 bash 的行
grep '/bin/bash$' /etc/passwd  # 匹配行尾的 `/bin/bash`
练习 9：以长格式列出 /etc/ 下以 ns 开头、.conf 结尾的文件
ls -l /etc/ns*.conf  # 通配符直接用于文件名匹配
练习 10：高亮显示 passwd 文件中用户名和加密密码
grep -o '^[^:]*:[^:]*' /etc/passwd  # 匹配冒号分隔的字段相当于匹配用户名和加密密码

总结

  • 通配符：专注于文件名匹配，由 Shell 处理，语法简单（如 *、?）。
  • 正则表达式：用于文本内容匹配，支持复杂模式（如 ^、$、.*），需结合工具（grep、egrep）使用。
  • 关键区别：作用对象不同（文件名 vs. 文本内容），元字符语法有差异。

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