Linux Shell 正则表达式：从入门到实战，玩转文本匹配与处理

[Linux Shell 正则表达式：从入门到实战，玩转文本匹配与处理](#Linux Shell 正则表达式：从入门到实战，玩转文本匹配与处理)
- 一、正则表达式是什么？
- [二、Shell 正则表达式的两种流派](#二、Shell 正则表达式的两种流派)
- 三、正则表达式核心元字符（必记）
- - [1. 匹配单个字符](#1. 匹配单个字符)
  - [2. 匹配重复次数](#2. 匹配重复次数)
  - [3. 匹配位置（锚定符）](#3. 匹配位置（锚定符）)
  - [4. 分组与或逻辑](#4. 分组与或逻辑)
  - [5. 特殊字符转义](#5. 特殊字符转义)
- [四、Shell 工具实战：正则表达式的应用场景](#四、Shell 工具实战：正则表达式的应用场景)
- - [场景1：用 grep 筛选文本（查找匹配内容）](#场景1：用 grep 筛选文本（查找匹配内容）)
  - - 示例1：筛选日志中的错误行
    - [示例2：匹配 IP 地址](#示例2：匹配 IP 地址)
  - [场景2：用 sed 批量替换文本（修改匹配内容）](#场景2：用 sed 批量替换文本（修改匹配内容）)
  - - 示例1：替换配置文件中的端口号
    - [示例2：删除空行和注释行（# 开头）](# 开头）)
    - 示例3：批量替换文件名中的空格
  - [场景3：用 awk 处理结构化文本（提取、统计匹配内容）](#场景3：用 awk 处理结构化文本（提取、统计匹配内容）)
  - - 示例1：提取日志中的时间和错误信息
    - [示例2：统计每个 IP 的访问次数（访问日志）](#示例2：统计每个 IP 的访问次数（访问日志）)
    - 示例3：匹配包含特定关键词的列
- 五、常见坑与避坑指南
- 六、总结

Linux Shell 正则表达式：从入门到实战，玩转文本匹配与处理

在 Linux 世界中，文本处理是核心技能之一，而正则表达式（Regular Expression，简称 Regex）则是文本处理的"瑞士军刀"。无论是日志分析、数据过滤、批量替换，还是脚本自动化，掌握 Shell 环境下的正则表达式，都能让你效率翻倍。本文将从基础概念出发，结合 Shell 常用工具（grep、sed、awk），带你一步步吃透正则表达式的用法，告别重复的手动操作。

一、正则表达式是什么？

正则表达式是一种模式匹配语言，通过一系列特殊字符（元字符）组合成"规则"，用来快速匹配、查找、替换文本中符合规则的字符串。它不是 Shell 专属，而是被绝大多数编程语言（Python、Java）和文本工具（Vim、VS Code）支持，但在 Shell 环境中，正则表达式的应用更偏向"命令行实战"，尤其适合处理日志、配置文件等纯文本场景。

举个简单例子：想从 1000 行日志中筛选出所有包含"ERROR"或"Warning"的行，用正则表达式 ERROR|Warning 配合 grep 命令，一行代码就能搞定，无需逐行查找。

二、Shell 正则表达式的两种流派

在 Shell 工具中，正则表达式主要分为两种语法风格，使用时需注意区分，避免踩坑：

流派	特点	支持工具
基础正则表达式（BRE）	元字符（如 `+`、`?`）需加反斜杠 `\` 转义才能生效	grep（默认）、sed（默认）
扩展正则表达式（ERE）	元字符无需转义，语法更简洁	grep -E、egrep、sed -E、awk

核心区别示例：匹配"至少一个数字"

BRE：[0-9]\{1,\}（{} 需转义）
ERE：[0-9]{1,}（{} 直接使用）

后续实战部分会重点演示两种流派的用法差异。

三、正则表达式核心元字符（必记）

元字符是正则表达式的"规则基石"，掌握以下核心元字符，就能应对 80% 的场景：

1. 匹配单个字符

.：匹配任意单个字符 （除了换行符 \n）
示例：a.b 可匹配 acb、a1b、a#b，但不匹配 ab（少一个字符）、a22b（多一个字符）
[]：匹配括号内的任意一个字符 （字符集）
示例：[abc] 匹配 a/b/c；[0-9] 匹配任意数字；[a-zA-Z] 匹配任意大小写字母
[^]：匹配不在括号内的任意一个字符（反向字符集）
示例：[^0-9] 匹配非数字字符；[^a-zA-Z] 匹配符号、空格等

2. 匹配重复次数

*：匹配前面的字符0次或多次 （BRE/ERE 通用，无需转义）
示例：ab*c 可匹配 ac（b 出现 0 次）、abc（b 出现 1 次）、abbbbc（b 出现 n 次）
+：匹配前面的字符1次或多次 （BRE 需转义 \+，ERE 直接用 +）
示例：BRE 中 ab\+c、ERE 中 ab+c，均匹配 abc、abbbc，但不匹配 ac
?：匹配前面的字符0次或1次 （BRE 需转义 \?，ERE 直接用 ?）
示例：ERE 中 a?b 匹配 b（a 出现 0 次）、ab（a 出现 1 次），不匹配 aab
{n}：匹配前面的字符恰好n次 （BRE 需转义 \{n\}，ERE 直接用 {n}）
示例：[0-9]{3} 匹配 3 位数字（如 123、999）
{n,}：匹配前面的字符至少n次
{n,m}：匹配前面的字符n到m次（含n和m）

3. 匹配位置（锚定符）

^：匹配行首（注意与 [^] 区分，单独使用时是锚定符）
示例：^ERROR 仅匹配以 ERROR 开头的行（如日志中的错误行首）
$：匹配行尾
示例：bash$ 仅匹配以 bash 结尾的行（如脚本文件名行）
^$：匹配空行（行首到行尾没有任何字符）
\b：匹配单词边界 （单词与非单词字符的分隔处，如空格、符号、行首/行尾）
示例：\bhello\b 匹配独立的 hello 单词，不匹配 helloworld 或 hello123

4. 分组与或逻辑

()：分组（BRE 需转义 $ $，ERE 直接用 ()），将多个字符视为一个整体
示例：ERE 中 (ab)+ 匹配 ab、abab、ababab（整体重复）
|：或逻辑（BRE 需转义 \|，ERE 直接用 |），匹配多个模式中的一个
示例：ERE 中 ERROR|Warning|Info 匹配包含任意一个关键词的行

5. 特殊字符转义

若要匹配元字符本身（如 .、*、(），需加反斜杠 \ 转义
示例：匹配 IP 地址中的 .，需写为 \.（如 [0-9]+\.[0-9]+\.[0-9]+\.[0-9]+）

四、Shell 工具实战：正则表达式的应用场景

掌握元字符后，结合 Shell 常用工具（grep、sed、awk），才能真正发挥正则的威力。以下是高频实战场景，附详细命令示例。

场景1：用 grep 筛选文本（查找匹配内容）

grep 是 Shell 中最常用的"搜索工具"，核心功能是根据正则表达式筛选行。

基础用法：grep [选项] "正则表达式" 文件名
核心选项：
- -i：忽略大小写（如匹配 error、ERROR、Error）
- -v：反向匹配（筛选不满足正则的行）
- -n：显示匹配行的行号
- -E：使用扩展正则表达式（无需转义 +、?、() 等）
- -o：仅显示匹配的字符串（而非整行）

示例1：筛选日志中的错误行

假设 app.log 中有以下内容：

复制代码

2024-05-01 10:00:00 INFO 启动成功
2024-05-01 10:05:30 ERROR 数据库连接失败
2024-05-01 10:06:15 Warning 内存使用率过高
2024-05-01 10:08:00 ERROR 接口调用超时

筛选所有 ERROR 行（忽略大小写）：
grep -i "error" app.log
筛选 ERROR 或 Warning 行（用 ERE 或逻辑）：
grep -E "ERROR|Warning" app.log（等价于 egrep "ERROR|Warning" app.log）
筛选非 INFO 行（反向匹配）：
grep -v "INFO" app.log
显示 ERROR 行的行号：
grep -n "ERROR" app.log

示例2：匹配 IP 地址

正则表达式（ERE）：[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}

查找文件中所有 IP 地址：
grep -E -o "[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}\.[0-9]{1,3}" access.log

场景2：用 sed 批量替换文本（修改匹配内容）

sed 是"流编辑器"，擅长批量替换、删除文本，正则表达式是其核心匹配方式。

基础用法：sed [选项] "s/正则表达式/替换内容/修饰符" 文件名
核心选项：
- -i：直接修改文件（不加 -i 仅预览效果）
- -E：使用扩展正则表达式
修饰符：
- g：全局替换（默认仅替换每行第一个匹配项）
- i：忽略大小写
- p：打印匹配行（需配合 -n 选项）

示例1：替换配置文件中的端口号

假设 config.conf 中有 port = 8080，需改为 port = 9090：
sed -i "s/port = [0-9]{4}/port = 9090/" config.conf

（注：若用 BRE，需转义 {4} 为 \{4\}：sed -i "s/port = [0-9]\{4\}/port = 9090/" config.conf）

示例2：删除空行和注释行（# 开头）

清理配置文件中的无用内容：
sed -i -E "/^$|^#/d" config.conf

解释：/^$|^#/ 匹配空行（^$）或 # 开头的行（^#），d 表示删除匹配行。

示例3：批量替换文件名中的空格

假设当前目录有文件 file 1.txt、file 2.txt，需将空格改为下划线：
ls | sed -E "s/ /_/g" | xargs -I {} mv "{}" {}

解释：sed -E "s/ /_/g" 将文件名中的空格替换为下划线，xargs 执行 mv 命令完成重命名。

场景3：用 awk 处理结构化文本（提取、统计匹配内容）

awk 擅长处理"列分隔"的结构化文本（如 CSV、日志），正则表达式可用于列匹配、条件筛选。

基础用法：awk -F "分隔符" '/正则表达式/ {动作}' 文件名

示例1：提取日志中的时间和错误信息

假设日志格式为 时间级别内容，需提取所有 ERROR 行的时间和内容：
awk '/ERROR/ {print $1, $2, $4}' app.log

解释：/ERROR/ 是正则匹配（筛选含 ERROR 的行），$1（日期）、$2（时间）、$4（内容）是列索引（默认空格分隔）。

示例2：统计每个 IP 的访问次数（访问日志）

假设 access.log 中每行开头是 IP 地址（如 192.168.1.1 - - [时间] ...）：
awk '{print $1}' access.log | sort | uniq -c | sort -nr

解释：{print $1} 提取第一列（IP），sort | uniq -c 统计重复次数，sort -nr 按次数倒序排列。

示例3：匹配包含特定关键词的列

筛选 /etc/passwd 中 Shell 为 /bin/bash 的用户（/etc/passwd 用 : 分隔，第7列是 Shell）：
awk -F ":" '$7 ~ /\/bin\/bash/ {print $1}' /etc/passwd

解释：-F ":" 指定分隔符为 :，$7 ~ /\/bin\/bash/ 表示第7列匹配 /bin/bash（/ 需转义为 \/），$1 是用户名。

五、常见坑与避坑指南

元字符转义问题 ：BRE 中 +、?、()、{} 需转义，ERE 无需转义，用错会导致匹配失败。
解决：不确定时，优先用 grep -E、sed -E，减少转义麻烦。
锚定符位置错误 ：^ 和 $ 是行首/行尾，而非字符串首尾。例如 ^abc$ 仅匹配"整行只有 abc"，而非"包含 abc"。
字符集范围错误 ：[a-z0-9] 是正确的（字母+数字），但 [a-z-0-9] 会把 - 当作范围符（若 - 需作为普通字符，需放在括号开头或结尾，如 [-a-z0-9]）。
贪婪匹配问题 ：* 和 + 是"贪婪匹配"（尽可能多匹配），例如 a.*b 匹配 a123b456b 时，会匹配从第一个 a 到最后一个 b 的整个字符串。
解决：如需"非贪婪匹配"，部分工具支持（如 grep -P 支持 .*?），但 Shell 原生工具（grep/sed/awk）不支持，需通过精确字符集限制（如 a[^b]*b）。

六、总结

正则表达式是 Linux Shell 文本处理的核心，掌握它能让你从"手动筛选"升级为"自动化处理"。本文核心要点：

区分 BRE 和 ERE 流派，避免转义踩坑；
牢记核心元字符（.、*、+、^、$ 等）的用法；
结合 grep（筛选）、sed（替换）、awk（结构化处理）三大工具，覆盖绝大多数场景；
多练实战（日志分析、配置修改、数据统计），才能熟练运用。

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