PHP正则表达式的效率 回溯与固化分组
编程学习 2021-07-05 10:07www.dzhlxh.cn编程入门
上文中，我们聊到了一点关于PHP中（NFA PCRE）正则表达式匹配优先量词，忽略优先量词的匹配原理了。那么上文留下的问题，您的答案是什么呢？
先来看下问题。
字符串
$str = '<script>123456</script>';
正则表达式为
$strRegex1 = '%<script>.+<\/script>%';
$strRegex2 = '%<script>.+?<\/script>%';
$strRegex3 = '%<script>(?:(?!<\/script>).)+<\/script>%';
这三个正则，分别会造成几次回溯呢？？
答案：
$strRegex1 = '%<script>.+<\/script>%'; //9次，记得区别转义符号。
$strRegex2 = '%<script>.+?<\/script>%'; //5次
$strRegex3 = '%<script>(?:(?!<\/script>).)+<\/script>%'; //7次
对于第一种贪婪匹配的匹配规则，回溯的9次是正则【】对字符串“”匹配时，构成的回溯，回溯的次数，恰好是字符串的长度。
第二种非贪婪匹配规则，回溯5次，是正则【.+?】对字符串“123456”匹配时构成的回溯。回溯的次数，为字符串长度减去最小次数。也就是6-1=5次。如果正则表达式为【.*?】那么，回溯次数就是6次了。
第三种正则是零宽断言，或者叫环视。（暂且不说。）
在NFA正则引擎中，回溯是他的灵魂，所以，不管是贪婪，非贪婪，环视等写法中肯定会有回溯的出现的，这个我们无法避免（用词不太准确），但是，我们可以减少回溯的次数，或者保护其中一部分匹配的规则不进行回溯。
对于上篇BLOG上提到的鸟哥谈到一个非贪婪引起的大量回溯问题，大家可以知道，回溯，确实是浪费资源的罪魁祸首，那么，我们能否不让其回溯呢？
答案是肯定的，NFA引擎中，有个概念，叫固化分组。引用一下书上的概念
具体来说，使用「(?>…)」的匹配与正常的匹配并无差别，但是如果匹配进行到此结构之后（也就是，进行到闭括号之后），那么此结构体中的所有备用状态都会被放弃。也就是说，在固化分组匹配结束时，它已经匹配的文本已经固化为一个单元，只能作为整体而保留或放弃。括号内的子表达式中未尝试过的备用状态都不复存在了，所以回溯永远也不能选择其中的状态（至少是，当此结构匹配完成时，“锁定（locked in）”在其中的状态）。
那么，固化分组到底有什么用处呢？我们来举个例子。（找不到合适的例子，俺只好借用一下书上的例子了）
比如要处理一批数据，原来格式为123.456，后来因为浮点数显示问题，部分数据格式变为123.456000000789这种，，要求做到只保留小数点后面2-3位，但是，最后一位不能为0，这个正则如何写呢？（狼蚁网站SEO优化直接考虑小数点后面的数字），写出正则之后，我们还要用这个正则去匹配数据，把原来的数据替换成匹配的结果。
首先，我们可以立刻写出这样的正则【\.\d\d[1-9]?\d*】，PHP代码为
$str = preg_replace('\.(\d\d[1-9]?)\d*','\\1',$str); //匹配结果的group1进行反向引用
很明显，这种写法，对于部分数据格式为123.456的这种格式，白白的处理了一遍，为了提高效率，我们还要对这个正则进行处理。从123.456这个字符串跟其他的比较一下，我们发现，是疑问123.456这个数据后面没数字了，所以，白白处理一遍。那好办，我们对这个正则改造一下，把后面的量词*改成+，这样对于123.45 小数点后面1，2位数字的，不会去白白处理，而且，对三位以上数字的，处理正常。其PHP代码为
$str = preg_replace('\.(\d\d[1-9]?)\d+','\\1',$str);
好了，这个正则真的没问题吗？？确定吗？上篇博文，我们了解了匹配原理，那么，我们也分析一下这个正则的匹配过程吧。
字符串"123.456",正则表达式为【\.(\d\d[1-9]?)\d+】，我们来看下
首先（小数点前123不说了），【\.】匹配"."，匹配成功，把控制权给下一个【\d】，【\d】匹配“4”成功，把控制权给第二个【\d】，这个【\d】匹配“5”成功，然后，把控制权给了【[1-9]?】，由于量词是【?】，正则表达式遵循“量词优先匹配”，而且，此处是【?】，还会留下一个回溯点。然后匹配"6"成功，然后把控制权给【\d+】，【\d+】发现后面没字符了，最遵循“后进先出”规则，回到上一个回溯点，进行匹配，这时，【[1-9]?】会交还出其匹配的字符“6”，【[1-9]?】匹配“6”成功。匹配完成了。大家发现【(\d\d[1-9]?)】匹配的结果确是"45",并不是我们想要的“456”，“6”被【\d+】匹配去了。那么，我们该如何办呢？ 能否让【[1-9]?】匹配一旦成功，不进行回溯呢？这就用到了我们上面说的"固化分组", PHP（preg_replace函数）中使用的正则引擎支持固化分组，我们根据固化分组的写法，可以把代码改成如下方式
$str = preg_replace('\.(\d\d(?>[1-9]?))\d+','\\1',$str);
改成这样的话，那字符串“123.456“是不符合要求，不会被匹配的。那我们就可以实现我们的要求了。
从上面的例子中，知道了固化分组的作用，那么对于鸟哥BLOG上写的那个非贪婪的回溯问题，我们能否也对其改造，使得其不回溯呢？
先看下鸟哥给的答案
/<script>[^<]*<\/script>/is
鸟哥写的很精悍。排除“<”之外的所有字符都符合，而且，中间部分不回溯，效率高。可是，如果中间有字符“<“的话（如下代码）
<script>
if a < b
</script>
那鸟哥的这个正则就不能匹配，就不能实现我们想要的功能了。
那我们可以根据 固化分组、环视(零宽断言)来实现这个要求，最后，CFC4N给出的正则以及PHP代码事例如下
$reg = '%<script>(?>[^<]*)(?>(?!</?script>)<[^<]*)*</script>%is';
$str = str_pad("<script>", 111111, "*"); //字符长度大于PHP回溯限制的100000
$str .= 'if a < b ; if b > c;</script>'; //随便加几个包含 < > 的测试字符
$ret = preg_replace($reg, "OK", $str);
print_r($ret); //打印结果 OK，证明匹配正确
var_dump(preg_last_error()); //上一次匹配错误。其输出为 int(0)
嗨，同学，你看明白了吗？
以上为小菜CFC4N的愚文，如有错误，欢迎指出。
字符串
代码如下:
$str = '<script>123456</script>';
正则表达式为
代码如下:
$strRegex1 = '%<script>.+<\/script>%';
$strRegex2 = '%<script>.+?<\/script>%';
$strRegex3 = '%<script>(?:(?!<\/script>).)+<\/script>%';
这三个正则，分别会造成几次回溯呢？？
答案：
代码如下:
$strRegex1 = '%<script>.+<\/script>%'; //9次，记得区别转义符号。
$strRegex2 = '%<script>.+?<\/script>%'; //5次
$strRegex3 = '%<script>(?:(?!<\/script>).)+<\/script>%'; //7次
对于第一种贪婪匹配的匹配规则，回溯的9次是正则【】对字符串“”匹配时，构成的回溯，回溯的次数，恰好是字符串的长度。
第二种非贪婪匹配规则，回溯5次，是正则【.+?】对字符串“123456”匹配时构成的回溯。回溯的次数，为字符串长度减去最小次数。也就是6-1=5次。如果正则表达式为【.*?】那么，回溯次数就是6次了。
第三种正则是零宽断言，或者叫环视。（暂且不说。）
在NFA正则引擎中，回溯是他的灵魂，所以，不管是贪婪，非贪婪，环视等写法中肯定会有回溯的出现的，这个我们无法避免（用词不太准确），但是，我们可以减少回溯的次数，或者保护其中一部分匹配的规则不进行回溯。
对于上篇BLOG上提到的鸟哥谈到一个非贪婪引起的大量回溯问题，大家可以知道，回溯，确实是浪费资源的罪魁祸首，那么，我们能否不让其回溯呢？
答案是肯定的，NFA引擎中，有个概念，叫固化分组。引用一下书上的概念
代码如下:
具体来说，使用「(?>…)」的匹配与正常的匹配并无差别，但是如果匹配进行到此结构之后（也就是，进行到闭括号之后），那么此结构体中的所有备用状态都会被放弃。也就是说，在固化分组匹配结束时，它已经匹配的文本已经固化为一个单元，只能作为整体而保留或放弃。括号内的子表达式中未尝试过的备用状态都不复存在了，所以回溯永远也不能选择其中的状态（至少是，当此结构匹配完成时，“锁定（locked in）”在其中的状态）。
那么，固化分组到底有什么用处呢？我们来举个例子。（找不到合适的例子，俺只好借用一下书上的例子了）
比如要处理一批数据，原来格式为123.456，后来因为浮点数显示问题，部分数据格式变为123.456000000789这种，，要求做到只保留小数点后面2-3位，但是，最后一位不能为0，这个正则如何写呢？（狼蚁网站SEO优化直接考虑小数点后面的数字），写出正则之后，我们还要用这个正则去匹配数据，把原来的数据替换成匹配的结果。
首先，我们可以立刻写出这样的正则【\.\d\d[1-9]?\d*】，PHP代码为
代码如下:
$str = preg_replace('\.(\d\d[1-9]?)\d*','\\1',$str); //匹配结果的group1进行反向引用
很明显，这种写法，对于部分数据格式为123.456的这种格式，白白的处理了一遍，为了提高效率，我们还要对这个正则进行处理。从123.456这个字符串跟其他的比较一下，我们发现，是疑问123.456这个数据后面没数字了，所以，白白处理一遍。那好办，我们对这个正则改造一下，把后面的量词*改成+，这样对于123.45 小数点后面1，2位数字的，不会去白白处理，而且，对三位以上数字的，处理正常。其PHP代码为
代码如下:
$str = preg_replace('\.(\d\d[1-9]?)\d+','\\1',$str);
好了，这个正则真的没问题吗？？确定吗？上篇博文，我们了解了匹配原理，那么，我们也分析一下这个正则的匹配过程吧。
字符串"123.456",正则表达式为【\.(\d\d[1-9]?)\d+】，我们来看下
首先（小数点前123不说了），【\.】匹配"."，匹配成功，把控制权给下一个【\d】，【\d】匹配“4”成功，把控制权给第二个【\d】，这个【\d】匹配“5”成功，然后，把控制权给了【[1-9]?】，由于量词是【?】，正则表达式遵循“量词优先匹配”，而且，此处是【?】，还会留下一个回溯点。然后匹配"6"成功，然后把控制权给【\d+】，【\d+】发现后面没字符了，最遵循“后进先出”规则，回到上一个回溯点，进行匹配，这时，【[1-9]?】会交还出其匹配的字符“6”，【[1-9]?】匹配“6”成功。匹配完成了。大家发现【(\d\d[1-9]?)】匹配的结果确是"45",并不是我们想要的“456”，“6”被【\d+】匹配去了。那么，我们该如何办呢？ 能否让【[1-9]?】匹配一旦成功，不进行回溯呢？这就用到了我们上面说的"固化分组", PHP（preg_replace函数）中使用的正则引擎支持固化分组，我们根据固化分组的写法，可以把代码改成如下方式
代码如下:
$str = preg_replace('\.(\d\d(?>[1-9]?))\d+','\\1',$str);
改成这样的话，那字符串“123.456“是不符合要求，不会被匹配的。那我们就可以实现我们的要求了。
从上面的例子中，知道了固化分组的作用，那么对于鸟哥BLOG上写的那个非贪婪的回溯问题，我们能否也对其改造，使得其不回溯呢？
先看下鸟哥给的答案
代码如下:
/<script>[^<]*<\/script>/is
鸟哥写的很精悍。排除“<”之外的所有字符都符合，而且，中间部分不回溯，效率高。可是，如果中间有字符“<“的话（如下代码）
代码如下:
<script>
if a < b
</script>
那鸟哥的这个正则就不能匹配，就不能实现我们想要的功能了。
那我们可以根据 固化分组、环视(零宽断言)来实现这个要求，最后，CFC4N给出的正则以及PHP代码事例如下
代码如下:
$reg = '%<script>(?>[^<]*)(?>(?!</?script>)<[^<]*)*</script>%is';
$str = str_pad("<script>", 111111, "*"); //字符长度大于PHP回溯限制的100000
$str .= 'if a < b ; if b > c;</script>'; //随便加几个包含 < > 的测试字符
$ret = preg_replace($reg, "OK", $str);
print_r($ret); //打印结果 OK，证明匹配正确
var_dump(preg_last_error()); //上一次匹配错误。其输出为 int(0)
嗨，同学，你看明白了吗？
以上为小菜CFC4N的愚文，如有错误，欢迎指出。