如何在C语言中巧用正则表达式

如果用户熟悉Linux下的sed、awk、grep或vi，那么对正则表达式这一概念肯定不会陌生。由于它可以极大地简化处理字符串时的复杂度，因此现在已经在许多Linux实用工具中得到了应用。千万不要以为正则表达式只是Perl、Python、Bash等脚本语言的专利，作为C语言程序员，用户同样可以在自己的程序中运用正则表达式。
标准的C和C++都不支持正则表达式，但有一些函数库可以辅助C/C++程序员完成这一功能，其中最著名的当数Philip Hazel的Perl-Compatible Regular Expression库，许多Linux发行版本都带有这个函数库。
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regcomp()函数对它进行编译，将其转化为regex_t结构：
int regcomp(regex_t *preg, const char *regex, int cflags);
参数regex是一个字符串，它代表将要被编译的正则表达式；参数preg指向一个声明为regex_t的数据结构，用来保存编译结果；参数cflags决定了正则表达式该如何被处理的细节。
如果函数regcomp()执行成功，并且编译结果被正确填充到preg中后，函数将返回0，任何其它的返回结果都代表有某种错误产生。
匹配正则表达式
一旦用regcomp()函数成功地编译了正则表达式，接下来就可以调用regexec()函数完成模式匹配：
int regexec(const regex_t *preg, const char *string, size_t nmatch,regmatch_t pmatch[], int eflags);
typedef struct {
regoff_t rm_so;
regoff_t rm_eo;
} regmatch_t;
参数preg指向编译后的正则表达式，参数string是将要进行匹配的字符串，而参数nmatch和pmatch则用于把匹配结果返回给调用程序，最后一个参数eflags决定了匹配的细节。
在调用函数regexec()进行模式匹配的过程中，可能在字符串string中会有多处与给定的正则表达式相匹配，参数pmatch就是用来保存这些匹配位置的，而参数nmatch则告诉函数regexec()最多可以把多少个匹配结果填充到pmatch数组中。当regexec()函数成功返回时，从string+pmatch[0].rm_so到string+pmatch[0].rm_eo是第一个匹配的字符串，而从string+pmatch[1].rm_so到string+pmatch[1].rm_eo，则是第二个匹配的字符串，依此类推。
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regfree()将其释放，以免产生内存泄漏。
void regfree(regex_t *preg);
函数regfree()不会返回任何结果，它仅接收一个指向regex_t数据类型的指针，这是之前调用regcomp()函数所得到的编译结果。
如果在程序中针对同一个regex_t结构调用了多次regcomp()函数，POSIX标准并没有规定是否每次都必须调用regfree()函数进行释放，但建议每次调用regcomp()函数对正则表达式进行编译后都调用一次regfree()函数，以尽早释放占用的存储空间。
报告错误信息

如果调用函数regcomp()或regexec()得到的是一个非0的返回值，则表明在对正则表达式的处理过程中出现了某种错误，此时可以通过调用函数regerror()得到详细的错误信息。
size_t regerror(int errcode, const regex_t *preg, char *errbuf, size_t errbuf_size);
参数errcode是来自函数regcomp()或regexec()的错误代码，而参数preg则是由函数regcomp()得到的编译结果，其目的是把格式化消息所必须的上下文提供给regerror()函数。在执行函数regerror()时，将按照参数errbuf_size指明的最大字节数，在errbuf缓冲区中填入格式化后的错误信息，同时返回错误信息的长度。
应用正则表达式
最后给出一个具体的实例，介绍如何在C语言程序中处理正则表达式。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <regex.h>
/* 取子串的函数 */
static char* substr(const char*str, unsigned start, unsigned end)
{
unsigned n = end - start;
static char stbuf[256];
strncpy(stbuf, str + start, n);
stbuf[n] = 0;
return stbuf;
}
/* 主程序 */
int main(int argc, char** argv)
{
char * pattern;
int x, z, lno = 0, cflags = 0;
char ebuf[128], lbuf[256];
regex_t reg;
regmatch_t pm[10];
const size_t nmatch = 10;
/* 编译正则表达式*/
pattern = argv[1];
z = regcomp(®, pattern, cflags);
if (z != 0){
regerror(z, ®, ebuf, sizeof(ebuf));
fprintf(stderr, "%s: pattern '%s' \n", ebuf, pattern);
return 1;
}
/* 逐行处理输入的数据 */
while(fgets(lbuf, sizeof(lbuf), stdin)) {
++lno;
if ((z = strlen(lbuf)) > 0 && lbuf[z-1] == '\n')
lbuf[z - 1] = 0;
/* 对每一行应用正则表达式进行匹配 */
z = regexec(®, lbuf, nmatch, pm, 0);
if (z == REG_NOMATCH) continue;
else if (z != 0) {
regerror(z, ®, ebuf, sizeof(ebuf));
fprintf(stderr, "%s: regcom('%s')\n", ebuf, lbuf);
return 2;
}
/* 输出处理结果 */
for (x = 0; x < nmatch && pm[x].rm_so != -1; ++ x) {
if (!x) printf("%04d: %s\n", lno, lbuf);
printf(" $%d='%s'\n", x, substr(lbuf, pm[x].rm_so, pm[x].rm_eo));
}
}
/* 释放正则表达式 */
regfree(®);
return 0;
}
上述程序负责从命令行获取正则表达式，然后将其运用于从标准输入得到的每行数据，并打印出匹配结果。执行下面的命令可以编译并执行该程序：
# gcc regexp.c -o regexp
# ./regexp 'regex[a-z]*' < regexp.c
0003: #include <regex.h>
$0='regex'
0027: regex_t reg;
$0='regex'
0054: z = regexec(®, lbuf, nmatch, pm, 0);
$0='regexec'
小结
对那些需要进行复杂数据处理的程序来说，正则表达式无疑是一个非常有用的工具。本文重点在于阐述如何在C语言中利用正则表达式来简化字符串处理，以便在数据处理方面能够获得与Perl语言类似的灵活性。