前端大神教路：草系前端带你手摸手实现正则引擎，点燃夏日最热情的烟火

前端

2023-11-23 10:37:56

正则引擎是文本处理领域必不可少的工具，它能够根据规则匹配文本中的特定模式。在前端开发中，正则引擎有着广泛的应用，例如表单验证、数据提取、字符串处理等。

实现一个正则引擎并非易事，它涉及到自动机、语言理论等计算机科学基础知识。不过，对于前端开发者来说，理解正则引擎的工作原理，并能够实现一个简单的正则引擎，还是很有意义的。

本文将从自动机基础知识出发，逐步讲解正则表达式的语法和匹配过程，最后与大家一起共同实现一个简易的正则引擎。

自动机基础

自动机是一种抽象的计算模型，它可以用来语言的结构和行为。正则引擎就是一种基于有限状态自动机的特殊自动机。

有限状态自动机（Finite State Machine，简称FSM）由以下几个部分组成：

状态集合： 自动机的不同状态，每个状态代表着自动机处理输入时的不同阶段。
输入字母表： 描述自动机可以处理的输入符号集合。
转移函数： 描述自动机在给定当前状态和输入符号时，如何转换到下一个状态。
起始状态： 描述自动机开始处理输入时的初始状态。
终止状态： 描述自动机成功匹配输入时所处的状态。

正则表达式语法

正则表达式是一种用来描述文本模式的语言。它由一系列元字符和普通字符组成，其中元字符具有特殊含义，普通字符则匹配自身。

正则表达式语法非常丰富，这里只介绍最常用的几个元字符：

.：匹配任意单个字符。
*：匹配其前面的子表达式零次或多次。
+：匹配其前面的子表达式一次或多次。
?：匹配其前面的子表达式零次或一次。
[]：匹配方括号内的任意一个字符。
()：将子表达式分组。

正则引擎实现

接下来，我们以实现一个简易的正则引擎为例，来理解正则引擎的工作原理。

我们的正则引擎将支持以下语法：

+
?
[]

实现步骤如下：

构建正则表达式自动机： 根据正则表达式语法，构建一个有限状态自动机。
匹配输入字符串： 从输入字符串的第一个字符开始，逐个字符匹配，根据自动机的转移函数，转换到下一个状态。
判断是否匹配成功： 如果匹配到输入字符串的末尾，并且当前状态是终止状态，则匹配成功。

实现代码如下：

class RegexEngine:
    def __init__(self, pattern):
        # 构建正则表达式自动机
        self.automata = self.build_automata(pattern)
        # 当前状态
        self.current_state = self.automata.start_state

    def build_automata(self, pattern):
        # ...

    def match(self, string):
        for char in string:
            # 根据转移函数转换状态
            self.current_state = self.automata.transition(self.current_state, char)

        # 判断是否匹配成功
        return self.current_state == self.automata.end_state