shell之通配符及正則表達式

通配符與正則表達式

通配符（Globbing）

通配符是由 Shell 處理的特殊字符，用于路徑或文件名匹配。當 Shell 在命令參數中遇到通配符時，會將其擴展為匹配的文件路徑；若沒有匹配項，則作為普通字符傳遞給命令。

Shell 中的通配符列表
通配符描述示例
*匹配任意長度的字符（包括 0 個）ls *.txt：匹配所有?.txt?文件
?匹配單個任意字符ls file?.txt：匹配?file1.txt、fileA.txt?等
[charset]匹配字符集中的任意單個字符ls [abc].txt：匹配?a.txt、b.txt、c.txt
[^charset]匹配不在字符集中的任意單個字符ls [^0-9].txt：匹配非數字開頭的?.txt?文件
[a-z]匹配指定范圍內的單個字符（小寫字母）ls [a-c]file：匹配?afile、bfile、cfile
[[:class:]]匹配 POSIX 字符類中的字符ls [[:digit:]]*：匹配數字開頭的文件

POSIX 字符類（需用?[[:class:]]?表示）：

水平空白字符（[:blank:]）

定義：僅包含在同一行內起分隔作用的空白字符。
包含字符：

  • 空格（）：ASCII 32（十進制），用于單詞分隔。
  • 制表符（\t）：ASCII 9，用于文本對齊（水平跳格）

垂直空白字符（[:space:]）

定義：用于換行或分頁的空白字符，會導致文本顯示位置移動到新行或新頁。
包含字符：

  • 換行符（\n）：ASCII 10，用于換行（如 Unix/Linux 系統的行尾符）。
  • 回車符（\r）：ASCII 13，用于回到行首（如 Windows 系統的行尾符為?\r\n）。
  • 換頁符（\f）：ASCII 12，用于分頁（如打印時換頁）。
  • 垂直制表符（\v）：ASCII 11，用于垂直跳格（很少使用）。
字符類描述等價寫法
[:alnum:]字母或數字[A-Za-z0-9]
[:alpha:]字母（大小寫）[A-Za-z]
[:digit:]數字[0-9]
[:lower:]小寫字母[a-z]
[:upper:]大寫字母[A-Z]
[:space:]空白字符（空格、制表符、換行符等）—
[:punct:]標點符號—
通配符實例文件自己chuang

  1. 匹配以?menu0?開頭的文件

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

  2. 匹配以?m?開頭且后接單個字符的文件

    ls m?  # 輸出：m1 m2 m3（假設存在這些文件）

  3. 匹配以?m?或?n?開頭的文件

    ls [mn]*  # 匹配 `m*` 和 `n*` 的文件

  4. 匹配字母開頭的文件（不區分大小寫）

    ls [a-Z]*  # 注意：`[a-Z]` 實際包含 ASCII 字符范圍，可能包含非字母（如 `[`、`\` 等），推薦用 `[[:alpha:]]`
ls [[:alpha:]]*  # 正確匹配所有字母開頭的文件

  5. 匹配數字開頭的文件

    ls [[:digit:]]*  # 等價于 `ls [0-9]*`

  6. 匹配字母或數字開頭的文件

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

正則表達式（Regular Expression, RE）

正則表達式是用于文本內容匹配的模式，常用于?grep、sed、awk?等工具中，針對文件內容而非文件名。

正則表達式基礎概念
  • 作用：通過特殊字符組合，實現字符串的搜索、替換、刪除等操作。
  • 優勢：簡化文本處理邏輯，減少代碼量。
  • 分類：
    • 基本正則表達式（BRE）：支持基礎元字符，需轉義部分符號（如?{}）。
    • 擴展正則表達式（ERE）：支持更多元字符（如?+、?），無需轉義?{}?等符號。
基本正則表達式（BRE）元字符
元字符描述示例
^匹配行首grep ^root /etc/passwd：匹配以?root?開頭的行
$匹配行尾grep bash$ /etc/passwd：匹配以?bash?結尾的行
.匹配單個任意字符grep r.t /etc/passwd：匹配?r?和?t?之間有一個字符的行（如?rot、rxt）
*匹配前一個字符 0 次或多次grep r.*t /etc/passwd：匹配?r?和?t?之間有任意字符的行
[]匹配字符集中的任意單個字符grep r[a-z]t /etc/passwd：匹配?r?和?t?之間為小寫字母的行
[^]匹配不在字符集中的任意單個字符grep r[^a-z]t /etc/passwd：匹配?r?和?t?之間為非小寫字母的行
\{n,m\}匹配前一個字符?n?到?m?次（需轉義）grep 'r\{3\}t' /etc/passwd：匹配?r?重復 3 次后接?t?的行

POSIX 字符類（在正則中同樣適用）：

grep [[:digit:]]\{3,4\} /etc/passwd  # 匹配 3-4 位數字
擴展正則表達式（ERE）元字符

需通過?egrep?或?grep -E?使用，無需轉義特殊符號。

元字符描述示例與匹配結果
+匹配前一個字符?1 次或多次（至少出現 1 次）。egrep 'r+t' /etc/passwd
匹配?rt、rrt、rrrt?等（r?至少出現 1 次后接?t）。
?匹配前一個字符?0 次或 1 次（可選出現）。egrep 'colou?r' /etc/passwd
匹配?color?或?colour（u?可選:u可出現0次或者1次）。
{n}匹配前一個字符?恰好 n 次。egrep 'r{3}t' /etc/passwd
匹配?rrrt（r?連續出現 3 次）。
{n,}匹配前一個字符?至少 n 次。egrep 'r{2,}t' /etc/passwd
匹配?rrt、rrrt、rrrrrt?等（r?至少出現 2 次）。
{n,m}匹配前一個字符?n 到 m 次之間（包含 n 和 m）。egrep 'r{2,4}t' /etc/passwd
匹配?rrt、rrrt、rrrrt（r?出現 2-4 次）。
(pattern1|pattern2)匹配多個模式中的?任意一個（使用豎線?|?分隔）。egrep '^(root|admin)' /etc/passwd
匹配以?root?或?admin?開頭的行。
正則表達式工具對比
工具正則類型說明
grep基本正則表達式（BRE）需轉義?{}?等符號
egrep擴展正則表達式（ERE）直接使用?+、?、{}?等符號
fgrep不支持正則按字面匹配字符串
?正則表達式實例

  1. 匹配以?bash?結尾的行

    grep bash$ /etc/passwd  # 基本正則
egrep bash$ /etc/passwd  # 擴展正則（等價）

  2. 匹配 3-4 位數字

    grep '[[:digit:]]\{3,4\}' /etc/passwd  # BRE，需轉義 {}
egrep '[[:digit:]]{3,4}' /etc/passwd  # ERE，無需轉義

  3. 匹配以空白字符開頭、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（不區分大小寫）

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

通配符與正則表達式對比

特性通配符正則表達式
處理者Shell（路徑擴展）命令（如?grep）
作用對象文件名或路徑文本內容
元字符差異*、?、[].*、+、()?等
典型場景ls *.txt、rm data_*grep "pattern" file、sed -e "s/regex/replace/"

7.4 練習與答案（擴展）

練習 1：顯示?/etc/passwd?中以不區分大小的?h?開頭的行
grep -i ^h /etc/passwd  # `-i` 忽略大小寫，`^h` 匹配行首
練習 2：顯示?/etc/passwd?中以?sh?結尾的行
grep sh$ /etc/passwd  # `$` 匹配行尾
練習 3：顯示?/etc/fstab?中以?#?開頭、后跟一個或多個空白字符和非空白字符的行
grep "^#[[:space:]]\+[^[:space:]]" /etc/fstab  # BRE，`\+` 表示一個或多個空白字符
egrep "^#[[:space:]]+[^[:space:]]" /etc/fstab  # ERE，直接用 `+`
練習 4：查找?/etc/rc.d/rc.local?中包含以?to?開始并以?to?結尾的字串的行
grep "to.*to" /etc/rc.d/rc.local  # `.*` 匹配任意字符
練習 5：查找?/etc/passwd中包含sbin行，或者以s開頭，以n結尾的單詞的行
1、grep -w 'sbin' /etc/passwd  # `\<` 和 `\>` 表示單詞邊界-w 會強制 grep 僅匹配獨立的完整單詞，而非單詞的一部分。具體規則：
單詞邊界：單詞必須被非單詞字符（如空格、標點符號、換行符）包圍。
單詞字符：通常指字母、數字和下劃線（即 [A-Za-z0-9_]）。選項 / 元字符	功能	示例匹配
-w	匹配完整單詞，自動添加單詞邊界檢查	grep -w 'foo' → 匹配 foo，但不匹配 foobar
\< 和 \>	正則表達式中的單詞邊界元字符	grep '\<foo\>' → 同上，但需手動添加元字符2、grep -Eo '\bs[a-z]*n\b' /etc/passwd  # 僅匹配小寫字母
-o 是只顯示匹配內容
\b：顯式定義單詞邊界grep -Ew 's[a-z]*n' /etc/passwd注意：如果你要匹配以s開頭，以n結尾單詞的行，根據grep版本的問題，.*進行貪婪匹配，會盡可能多的去匹配，達不到預期的效果，所以我們把任意字符改為任意數量的小寫字母。
練習 6：查找?ifconfig?結果中 1-255 之間的整數
ifconfig | egrep -w "[1-9]|[1-9][0-9]|1[0-9]{2}|2[0-4][0-9]|25[0-5]"
練習 7：顯示?/var/log/secure?中包含?Failed?或?FAILED?的行
grep -i 'failed' /var/log/secure  # 簡化寫法，匹配大小寫
練習 8：在?/etc/passwd?中取出默認 Shell 為?bash?的行
grep '/bin/bash$' /etc/passwd  # 匹配行尾的 `/bin/bash`
練習 9：以長格式列出?/etc/?下以?ns?開頭、.conf?結尾的文件
ls -l /etc/ns*.conf  # 通配符直接用于文件名匹配
練習 10：高亮顯示?passwd?文件中用戶名和加密密碼
grep -o '^[^:]*:[^:]*' /etc/passwd  # 匹配冒號分隔的字段相當于匹配用戶名和加密密碼

總結

  • 通配符：專注于文件名匹配，由 Shell 處理，語法簡單（如?*、?）。
  • 正則表達式：用于文本內容匹配，支持復雜模式（如?^、$、.*），需結合工具（grep、egrep）使用。
  • 關鍵區別：作用對象不同（文件名 vs. 文本內容），元字符語法有差異。

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