C++ 中的正则表达式（Regular Expression）主要通过标准库 <regex> 提供，能够用于字符串匹配、查找、替换、验证格式等。它在 C++11 中首次引入，并在 C++14 和 C++17 中逐步完善。

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一、头文件和命名空间

#include <regex>
#include <string>
#include <iostream>

using namespace std;

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二、主要类介绍

类名	功能描述
std::regex	用于存储正则表达式模式
std::smatch	用于存储匹配结果（string 匹配）
std::cmatch	用于存储匹配结果（C字符串匹配）
std::regex_match	判断整个字符串是否匹配正则模式
std::regex_search	判断字符串中是否有匹配正则的部分
std::regex_replace	替换匹配的字符串内容

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三、常见正则表达式语法

正则语法	含义
.	匹配任意单个字符
*	匹配前面的字符 0 次或多次
+	匹配前面的字符 1 次或多次
?	匹配前面的字符 0 次或 1 次
^	匹配字符串开头
$	匹配字符串结尾
[]	匹配方括号内任一字符
`	`	或运算符
()	子表达式分组
\d	数字
\w	单词字符（字母/数字/下划线）
\s	空白字符

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四、示例代码

1. 使用 regex_match 完全匹配

string s = "abc123";
regex pattern("[a-z]+\\d+"); // 小写字母 + 数字

if (regex_match(s, pattern)) {
    cout << "完全匹配成功" << endl;
} else {
    cout << "匹配失败" << endl;
}

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2. 使用 regex_search 局部匹配

string s = "hello 123 world";
regex pattern("\\d+"); // 匹配数字

smatch result;
if (regex_search(s, result, pattern)) {
    cout << "找到数字：" << result.str() << endl;
}

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3. 使用 regex_replace 字符替换

string s = "abc123xyz456";
regex pattern("\\d+"); // 匹配数字

string replaced = regex_replace(s, pattern, "#");
cout << replaced << endl; // 输出：abc#xyz#

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4. 捕获多个子匹配

string s = "Name: John, Age: 25";
regex pattern("Name: (\\w+), Age: (\\d+)");

smatch match;
if (regex_search(s, match, pattern)) {
    cout << "姓名：" << match[1] << endl;
    cout << "年龄：" << match[2] << endl;
}

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5. 匹配邮箱格式示例

string email = "user123@example.com";
regex pattern("[\\w.-]+@[\\w.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}");

if (regex_match(email, pattern)) {
    cout << "邮箱格式合法" << endl;
} else {
    cout << "邮箱格式错误" << endl;
}

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五、匹配模式（flag）

正则对象可以设置模式：

regex pattern("abc", regex_constants::icase); // 忽略大小写

常用标志位：

标志名	含义
regex_constants::icase	忽略大小写
regex_constants::ECMAScript	默认模式，支持现代语法
regex_constants::basic	基本正则
regex_constants::extended	扩展正则（如 POSIX）

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六、性能提示

• regex 在 C++11 初期实现性能一般，现代编译器已优化。
• 对于频繁匹配，可复用 std::regex 对象，避免重复构造。
• 若性能要求极高，可考虑 RE2 等替代库（Google）。

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七、综合实战示例

下面以为 日志过滤、文件名匹配 和 表单验证 的完整 C++ 正则表达式示例，每个都附详细解释，帮助大家实际应用。

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1、日志过滤：提取指定格式的日志（如错误信息）

目标：从日志中提取 [ERROR] 级别的信息

#include <iostream>
#include <regex>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<string> logs = {
        "[INFO] 2025-07-14 Connection established",
        "[ERROR] 2025-07-14 Disk not found",
        "[WARN] 2025-07-14 High memory usage",
        "[ERROR] 2025-07-14 Timeout occurred"
    };

    regex error_pattern(R"(\[ERROR\]\s+(\d{4}-\d{2}-\d{2})\s+(.*))");

    for (const auto& log : logs) {
        smatch match;
        if (regex_match(log, match, error_pattern)) {
            cout << "日期: " << match[1] << ", 错误信息: " << match[2] << endl;
        }
    }
    return 0;
}

输出：

日期: 2025-07-14, 错误信息: Disk not found
日期: 2025-07-14, 错误信息: Timeout occurred

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2、文件名匹配：匹配特定后缀的文件（如 .txt、.log）

#include <iostream>
#include <regex>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<string> filenames = {
        "report.txt", "data.csv", "log_2025.log", "notes.TXT", "script.cpp"
    };

    regex txt_log_pattern(R"((.*)\.(txt|log))", regex_constants::icase); // 忽略大小写

    cout << "匹配的文件名:" << endl;
    for (const auto& name : filenames) {
        if (regex_match(name, txt_log_pattern)) {
            cout << "  " << name << endl;
        }
    }

    return 0;
}

输出：

匹配的文件名:
  report.txt
  log_2025.log
  notes.TXT

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3、表单验证：验证邮箱、手机号、密码强度

1. 邮箱验证

string email = "test_user-123@example.co.uk";
regex email_pattern(R"([\w\.-]+@[\w\.-]+\.[a-zA-Z]{2,})");

cout << (regex_match(email, email_pattern) ? "邮箱合法" : "邮箱非法") << endl;

2. 手机号验证（中国大陆）

string phone = "13812345678";
regex phone_pattern(R"(1[3-9]\d{9})"); // 以1开头 + 合法段位 + 9位数字

cout << (regex_match(phone, phone_pattern) ? "手机号合法" : "手机号非法") << endl;

3. 密码强度验证（8~16位，包含字母和数字）

string password = "Abc12345";
regex pwd_pattern(R"((?=.*[A-Za-z])(?=.*\d)[A-Za-z\d]{8,16})");

cout << (regex_match(password, pwd_pattern) ? "密码合法" : "密码不合法") << endl;

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4、总结与推荐实践

场景	推荐正则
日志提取	^\[ERROR\].* 或带时间戳的模式
文件筛选	`.*.(txt	log)$`
邮箱验证	[\w\.-]+@[\w\.-]+\.[a-zA-Z]{2,}
手机号验证	1[3-9]\d{9}
密码验证	(?=.*[A-Za-z])(?=.*\d).{8,16}

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