This is a live mirror of the Perl 5 development currently hosted at https://github.com/perl/perl5
\R can't be used in a char class
[perl5.git] / pod / perlretut.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlretut - Perl regular expressions tutorial
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 This page provides a basic tutorial on understanding, creating and
8 using regular expressions in Perl.  It serves as a complement to the
9 reference page on regular expressions L<perlre>.  Regular expressions
10 are an integral part of the C<m//>, C<s///>, C<qr//> and C<split>
11 operators and so this tutorial also overlaps with
12 L<perlop/"Regexp Quote-Like Operators"> and L<perlfunc/split>.
13
14 Perl is widely renowned for excellence in text processing, and regular
15 expressions are one of the big factors behind this fame.  Perl regular
16 expressions display an efficiency and flexibility unknown in most
17 other computer languages.  Mastering even the basics of regular
18 expressions will allow you to manipulate text with surprising ease.
19
20 What is a regular expression?  A regular expression is simply a string
21 that describes a pattern.  Patterns are in common use these days;
22 examples are the patterns typed into a search engine to find web pages
23 and the patterns used to list files in a directory, e.g., C<ls *.txt>
24 or C<dir *.*>.  In Perl, the patterns described by regular expressions
25 are used to search strings, extract desired parts of strings, and to
26 do search and replace operations.
27
28 Regular expressions have the undeserved reputation of being abstract
29 and difficult to understand.  Regular expressions are constructed using
30 simple concepts like conditionals and loops and are no more difficult
31 to understand than the corresponding C<if> conditionals and C<while>
32 loops in the Perl language itself.  In fact, the main challenge in
33 learning regular expressions is just getting used to the terse
34 notation used to express these concepts.
35
36 This tutorial flattens the learning curve by discussing regular
37 expression concepts, along with their notation, one at a time and with
38 many examples.  The first part of the tutorial will progress from the
39 simplest word searches to the basic regular expression concepts.  If
40 you master the first part, you will have all the tools needed to solve
41 about 98% of your needs.  The second part of the tutorial is for those
42 comfortable with the basics and hungry for more power tools.  It
43 discusses the more advanced regular expression operators and
44 introduces the latest cutting edge innovations in 5.6.0.
45
46 A note: to save time, 'regular expression' is often abbreviated as
47 regexp or regex.  Regexp is a more natural abbreviation than regex, but
48 is harder to pronounce.  The Perl pod documentation is evenly split on
49 regexp vs regex; in Perl, there is more than one way to abbreviate it.
50 We'll use regexp in this tutorial.
51
52 =head1 Part 1: The basics
53
54 =head2 Simple word matching
55
56 The simplest regexp is simply a word, or more generally, a string of
57 characters.  A regexp consisting of a word matches any string that
58 contains that word:
59
60     "Hello World" =~ /World/;  # matches
61
62 What is this Perl statement all about? C<"Hello World"> is a simple
63 double quoted string.  C<World> is the regular expression and the
64 C<//> enclosing C</World/> tells Perl to search a string for a match.
65 The operator C<=~> associates the string with the regexp match and
66 produces a true value if the regexp matched, or false if the regexp
67 did not match.  In our case, C<World> matches the second word in
68 C<"Hello World">, so the expression is true.  Expressions like this
69 are useful in conditionals:
70
71     if ("Hello World" =~ /World/) {
72         print "It matches\n";
73     }
74     else {
75         print "It doesn't match\n";
76     }
77
78 There are useful variations on this theme.  The sense of the match can
79 be reversed by using the C<!~> operator:
80
81     if ("Hello World" !~ /World/) {
82         print "It doesn't match\n";
83     }
84     else {
85         print "It matches\n";
86     }
87
88 The literal string in the regexp can be replaced by a variable:
89
90     $greeting = "World";
91     if ("Hello World" =~ /$greeting/) {
92         print "It matches\n";
93     }
94     else {
95         print "It doesn't match\n";
96     }
97
98 If you're matching against the special default variable C<$_>, the
99 C<$_ =~> part can be omitted:
100
101     $_ = "Hello World";
102     if (/World/) {
103         print "It matches\n";
104     }
105     else {
106         print "It doesn't match\n";
107     }
108
109 And finally, the C<//> default delimiters for a match can be changed
110 to arbitrary delimiters by putting an C<'m'> out front:
111
112     "Hello World" =~ m!World!;   # matches, delimited by '!'
113     "Hello World" =~ m{World};   # matches, note the matching '{}'
114     "/usr/bin/perl" =~ m"/perl"; # matches after '/usr/bin',
115                                  # '/' becomes an ordinary char
116
117 C</World/>, C<m!World!>, and C<m{World}> all represent the
118 same thing.  When, e.g., the quote (C<">) is used as a delimiter, the forward
119 slash C<'/'> becomes an ordinary character and can be used in this regexp
120 without trouble.
121
122 Let's consider how different regexps would match C<"Hello World">:
123
124     "Hello World" =~ /world/;  # doesn't match
125     "Hello World" =~ /o W/;    # matches
126     "Hello World" =~ /oW/;     # doesn't match
127     "Hello World" =~ /World /; # doesn't match
128
129 The first regexp C<world> doesn't match because regexps are
130 case-sensitive.  The second regexp matches because the substring
131 S<C<'o W'>> occurs in the string S<C<"Hello World">>.  The space
132 character ' ' is treated like any other character in a regexp and is
133 needed to match in this case.  The lack of a space character is the
134 reason the third regexp C<'oW'> doesn't match.  The fourth regexp
135 C<'World '> doesn't match because there is a space at the end of the
136 regexp, but not at the end of the string.  The lesson here is that
137 regexps must match a part of the string I<exactly> in order for the
138 statement to be true.
139
140 If a regexp matches in more than one place in the string, Perl will
141 always match at the earliest possible point in the string:
142
143     "Hello World" =~ /o/;       # matches 'o' in 'Hello'
144     "That hat is red" =~ /hat/; # matches 'hat' in 'That'
145
146 With respect to character matching, there are a few more points you
147 need to know about.   First of all, not all characters can be used 'as
148 is' in a match.  Some characters, called I<metacharacters>, are reserved
149 for use in regexp notation.  The metacharacters are
150
151     {}[]()^$.|*+?\
152
153 The significance of each of these will be explained
154 in the rest of the tutorial, but for now, it is important only to know
155 that a metacharacter can be matched by putting a backslash before it:
156
157     "2+2=4" =~ /2+2/;    # doesn't match, + is a metacharacter
158     "2+2=4" =~ /2\+2/;   # matches, \+ is treated like an ordinary +
159     "The interval is [0,1)." =~ /[0,1)./     # is a syntax error!
160     "The interval is [0,1)." =~ /\[0,1\)\./  # matches
161     "#!/usr/bin/perl" =~ /#!\/usr\/bin\/perl/;  # matches
162
163 In the last regexp, the forward slash C<'/'> is also backslashed,
164 because it is used to delimit the regexp.  This can lead to LTS
165 (leaning toothpick syndrome), however, and it is often more readable
166 to change delimiters.
167
168     "#!/usr/bin/perl" =~ m!#\!/usr/bin/perl!;  # easier to read
169
170 The backslash character C<'\'> is a metacharacter itself and needs to
171 be backslashed:
172
173     'C:\WIN32' =~ /C:\\WIN/;   # matches
174
175 In addition to the metacharacters, there are some ASCII characters
176 which don't have printable character equivalents and are instead
177 represented by I<escape sequences>.  Common examples are C<\t> for a
178 tab, C<\n> for a newline, C<\r> for a carriage return and C<\a> for a
179 bell.  If your string is better thought of as a sequence of arbitrary
180 bytes, the octal escape sequence, e.g., C<\033>, or hexadecimal escape
181 sequence, e.g., C<\x1B> may be a more natural representation for your
182 bytes.  Here are some examples of escapes:
183
184     "1000\t2000" =~ m(0\t2)   # matches
185     "1000\n2000" =~ /0\n20/   # matches
186     "1000\t2000" =~ /\000\t2/ # doesn't match, "0" ne "\000"
187     "cat"        =~ /\143\x61\x74/ # matches, but a weird way to spell cat
188
189 If you've been around Perl a while, all this talk of escape sequences
190 may seem familiar.  Similar escape sequences are used in double-quoted
191 strings and in fact the regexps in Perl are mostly treated as
192 double-quoted strings.  This means that variables can be used in
193 regexps as well.  Just like double-quoted strings, the values of the
194 variables in the regexp will be substituted in before the regexp is
195 evaluated for matching purposes.  So we have:
196
197     $foo = 'house';
198     'housecat' =~ /$foo/;      # matches
199     'cathouse' =~ /cat$foo/;   # matches
200     'housecat' =~ /${foo}cat/; # matches
201
202 So far, so good.  With the knowledge above you can already perform
203 searches with just about any literal string regexp you can dream up.
204 Here is a I<very simple> emulation of the Unix grep program:
205
206     % cat > simple_grep
207     #!/usr/bin/perl
208     $regexp = shift;
209     while (<>) {
210         print if /$regexp/;
211     }
212     ^D
213
214     % chmod +x simple_grep
215
216     % simple_grep abba /usr/dict/words
217     Babbage
218     cabbage
219     cabbages
220     sabbath
221     Sabbathize
222     Sabbathizes
223     sabbatical
224     scabbard
225     scabbards
226
227 This program is easy to understand.  C<#!/usr/bin/perl> is the standard
228 way to invoke a perl program from the shell.
229 S<C<$regexp = shift;>> saves the first command line argument as the
230 regexp to be used, leaving the rest of the command line arguments to
231 be treated as files.  S<C<< while (<>) >>> loops over all the lines in
232 all the files.  For each line, S<C<print if /$regexp/;>> prints the
233 line if the regexp matches the line.  In this line, both C<print> and
234 C</$regexp/> use the default variable C<$_> implicitly.
235
236 With all of the regexps above, if the regexp matched anywhere in the
237 string, it was considered a match.  Sometimes, however, we'd like to
238 specify I<where> in the string the regexp should try to match.  To do
239 this, we would use the I<anchor> metacharacters C<^> and C<$>.  The
240 anchor C<^> means match at the beginning of the string and the anchor
241 C<$> means match at the end of the string, or before a newline at the
242 end of the string.  Here is how they are used:
243
244     "housekeeper" =~ /keeper/;    # matches
245     "housekeeper" =~ /^keeper/;   # doesn't match
246     "housekeeper" =~ /keeper$/;   # matches
247     "housekeeper\n" =~ /keeper$/; # matches
248
249 The second regexp doesn't match because C<^> constrains C<keeper> to
250 match only at the beginning of the string, but C<"housekeeper"> has
251 keeper starting in the middle.  The third regexp does match, since the
252 C<$> constrains C<keeper> to match only at the end of the string.
253
254 When both C<^> and C<$> are used at the same time, the regexp has to
255 match both the beginning and the end of the string, i.e., the regexp
256 matches the whole string.  Consider
257
258     "keeper" =~ /^keep$/;      # doesn't match
259     "keeper" =~ /^keeper$/;    # matches
260     ""       =~ /^$/;          # ^$ matches an empty string
261
262 The first regexp doesn't match because the string has more to it than
263 C<keep>.  Since the second regexp is exactly the string, it
264 matches.  Using both C<^> and C<$> in a regexp forces the complete
265 string to match, so it gives you complete control over which strings
266 match and which don't.  Suppose you are looking for a fellow named
267 bert, off in a string by himself:
268
269     "dogbert" =~ /bert/;   # matches, but not what you want
270
271     "dilbert" =~ /^bert/;  # doesn't match, but ..
272     "bertram" =~ /^bert/;  # matches, so still not good enough
273
274     "bertram" =~ /^bert$/; # doesn't match, good
275     "dilbert" =~ /^bert$/; # doesn't match, good
276     "bert"    =~ /^bert$/; # matches, perfect
277
278 Of course, in the case of a literal string, one could just as easily
279 use the string comparison S<C<$string eq 'bert'>> and it would be
280 more efficient.   The  C<^...$> regexp really becomes useful when we
281 add in the more powerful regexp tools below.
282
283 =head2 Using character classes
284
285 Although one can already do quite a lot with the literal string
286 regexps above, we've only scratched the surface of regular expression
287 technology.  In this and subsequent sections we will introduce regexp
288 concepts (and associated metacharacter notations) that will allow a
289 regexp to not just represent a single character sequence, but a I<whole
290 class> of them.
291
292 One such concept is that of a I<character class>.  A character class
293 allows a set of possible characters, rather than just a single
294 character, to match at a particular point in a regexp.  Character
295 classes are denoted by brackets C<[...]>, with the set of characters
296 to be possibly matched inside.  Here are some examples:
297
298     /cat/;       # matches 'cat'
299     /[bcr]at/;   # matches 'bat, 'cat', or 'rat'
300     /item[0123456789]/;  # matches 'item0' or ... or 'item9'
301     "abc" =~ /[cab]/;    # matches 'a'
302
303 In the last statement, even though C<'c'> is the first character in
304 the class, C<'a'> matches because the first character position in the
305 string is the earliest point at which the regexp can match.
306
307     /[yY][eE][sS]/;      # match 'yes' in a case-insensitive way
308                          # 'yes', 'Yes', 'YES', etc.
309
310 This regexp displays a common task: perform a case-insensitive
311 match.  Perl provides a way of avoiding all those brackets by simply
312 appending an C<'i'> to the end of the match.  Then C</[yY][eE][sS]/;>
313 can be rewritten as C</yes/i;>.  The C<'i'> stands for
314 case-insensitive and is an example of a I<modifier> of the matching
315 operation.  We will meet other modifiers later in the tutorial.
316
317 We saw in the section above that there were ordinary characters, which
318 represented themselves, and special characters, which needed a
319 backslash C<\> to represent themselves.  The same is true in a
320 character class, but the sets of ordinary and special characters
321 inside a character class are different than those outside a character
322 class.  The special characters for a character class are C<-]\^$> (and
323 the pattern delimiter, whatever it is). 
324 C<]> is special because it denotes the end of a character class.  C<$> is
325 special because it denotes a scalar variable.  C<\> is special because
326 it is used in escape sequences, just like above.  Here is how the
327 special characters C<]$\> are handled:
328
329    /[\]c]def/; # matches ']def' or 'cdef'
330    $x = 'bcr';
331    /[$x]at/;   # matches 'bat', 'cat', or 'rat'
332    /[\$x]at/;  # matches '$at' or 'xat'
333    /[\\$x]at/; # matches '\at', 'bat, 'cat', or 'rat'
334
335 The last two are a little tricky.  in C<[\$x]>, the backslash protects
336 the dollar sign, so the character class has two members C<$> and C<x>.
337 In C<[\\$x]>, the backslash is protected, so C<$x> is treated as a
338 variable and substituted in double quote fashion.
339
340 The special character C<'-'> acts as a range operator within character
341 classes, so that a contiguous set of characters can be written as a
342 range.  With ranges, the unwieldy C<[0123456789]> and C<[abc...xyz]>
343 become the svelte C<[0-9]> and C<[a-z]>.  Some examples are
344
345     /item[0-9]/;  # matches 'item0' or ... or 'item9'
346     /[0-9bx-z]aa/;  # matches '0aa', ..., '9aa',
347                     # 'baa', 'xaa', 'yaa', or 'zaa'
348     /[0-9a-fA-F]/;  # matches a hexadecimal digit
349     /[0-9a-zA-Z_]/; # matches a "word" character,
350                     # like those in a Perl variable name
351
352 If C<'-'> is the first or last character in a character class, it is
353 treated as an ordinary character; C<[-ab]>, C<[ab-]> and C<[a\-b]> are
354 all equivalent.
355
356 The special character C<^> in the first position of a character class
357 denotes a I<negated character class>, which matches any character but
358 those in the brackets.  Both C<[...]> and C<[^...]> must match a
359 character, or the match fails.  Then
360
361     /[^a]at/;  # doesn't match 'aat' or 'at', but matches
362                # all other 'bat', 'cat, '0at', '%at', etc.
363     /[^0-9]/;  # matches a non-numeric character
364     /[a^]at/;  # matches 'aat' or '^at'; here '^' is ordinary
365
366 Now, even C<[0-9]> can be a bother to write multiple times, so in the
367 interest of saving keystrokes and making regexps more readable, Perl
368 has several abbreviations for common character classes, as shown below.
369 Since the introduction of Unicode, these character classes match more
370 than just a few characters in the ISO 8859-1 range.
371
372 =over 4
373
374 =item *
375
376 \d matches a digit, not just [0-9] but also digits from non-roman scripts
377
378 =item *
379
380 \s matches a whitespace character, the set [\ \t\r\n\f] and others
381
382 =item *
383
384 \w matches a word character (alphanumeric or _), not just [0-9a-zA-Z_]
385 but also digits and characters from non-roman scripts
386
387 =item *
388
389 \D is a negated \d; it represents any other character than a digit, or [^\d]
390
391 =item *
392
393 \S is a negated \s; it represents any non-whitespace character [^\s]
394
395 =item *
396
397 \W is a negated \w; it represents any non-word character [^\w]
398
399 =item *
400
401 The period '.' matches any character but "\n" (unless the modifier C<//s> is
402 in effect, as explained below).
403
404 =back
405
406 The C<\d\s\w\D\S\W> abbreviations can be used both inside and outside
407 of character classes.  Here are some in use:
408
409     /\d\d:\d\d:\d\d/; # matches a hh:mm:ss time format
410     /[\d\s]/;         # matches any digit or whitespace character
411     /\w\W\w/;         # matches a word char, followed by a
412                       # non-word char, followed by a word char
413     /..rt/;           # matches any two chars, followed by 'rt'
414     /end\./;          # matches 'end.'
415     /end[.]/;         # same thing, matches 'end.'
416
417 Because a period is a metacharacter, it needs to be escaped to match
418 as an ordinary period. Because, for example, C<\d> and C<\w> are sets
419 of characters, it is incorrect to think of C<[^\d\w]> as C<[\D\W]>; in
420 fact C<[^\d\w]> is the same as C<[^\w]>, which is the same as
421 C<[\W]>. Think DeMorgan's laws.
422
423 An anchor useful in basic regexps is the I<word anchor>
424 C<\b>.  This matches a boundary between a word character and a non-word
425 character C<\w\W> or C<\W\w>:
426
427     $x = "Housecat catenates house and cat";
428     $x =~ /cat/;    # matches cat in 'housecat'
429     $x =~ /\bcat/;  # matches cat in 'catenates'
430     $x =~ /cat\b/;  # matches cat in 'housecat'
431     $x =~ /\bcat\b/;  # matches 'cat' at end of string
432
433 Note in the last example, the end of the string is considered a word
434 boundary.
435
436 You might wonder why C<'.'> matches everything but C<"\n"> - why not
437 every character? The reason is that often one is matching against
438 lines and would like to ignore the newline characters.  For instance,
439 while the string C<"\n"> represents one line, we would like to think
440 of it as empty.  Then
441
442     ""   =~ /^$/;    # matches
443     "\n" =~ /^$/;    # matches, $ anchors before "\n"
444
445     ""   =~ /./;      # doesn't match; it needs a char
446     ""   =~ /^.$/;    # doesn't match; it needs a char
447     "\n" =~ /^.$/;    # doesn't match; it needs a char other than "\n"
448     "a"  =~ /^.$/;    # matches
449     "a\n"  =~ /^.$/;  # matches, $ anchors before "\n"
450
451 This behavior is convenient, because we usually want to ignore
452 newlines when we count and match characters in a line.  Sometimes,
453 however, we want to keep track of newlines.  We might even want C<^>
454 and C<$> to anchor at the beginning and end of lines within the
455 string, rather than just the beginning and end of the string.  Perl
456 allows us to choose between ignoring and paying attention to newlines
457 by using the C<//s> and C<//m> modifiers.  C<//s> and C<//m> stand for
458 single line and multi-line and they determine whether a string is to
459 be treated as one continuous string, or as a set of lines.  The two
460 modifiers affect two aspects of how the regexp is interpreted: 1) how
461 the C<'.'> character class is defined, and 2) where the anchors C<^>
462 and C<$> are able to match.  Here are the four possible combinations:
463
464 =over 4
465
466 =item *
467
468 no modifiers (//): Default behavior.  C<'.'> matches any character
469 except C<"\n">.  C<^> matches only at the beginning of the string and
470 C<$> matches only at the end or before a newline at the end.
471
472 =item *
473
474 s modifier (//s): Treat string as a single long line.  C<'.'> matches
475 any character, even C<"\n">.  C<^> matches only at the beginning of
476 the string and C<$> matches only at the end or before a newline at the
477 end.
478
479 =item *
480
481 m modifier (//m): Treat string as a set of multiple lines.  C<'.'>
482 matches any character except C<"\n">.  C<^> and C<$> are able to match
483 at the start or end of I<any> line within the string.
484
485 =item *
486
487 both s and m modifiers (//sm): Treat string as a single long line, but
488 detect multiple lines.  C<'.'> matches any character, even
489 C<"\n">.  C<^> and C<$>, however, are able to match at the start or end
490 of I<any> line within the string.
491
492 =back
493
494 Here are examples of C<//s> and C<//m> in action:
495
496     $x = "There once was a girl\nWho programmed in Perl\n";
497
498     $x =~ /^Who/;   # doesn't match, "Who" not at start of string
499     $x =~ /^Who/s;  # doesn't match, "Who" not at start of string
500     $x =~ /^Who/m;  # matches, "Who" at start of second line
501     $x =~ /^Who/sm; # matches, "Who" at start of second line
502
503     $x =~ /girl.Who/;   # doesn't match, "." doesn't match "\n"
504     $x =~ /girl.Who/s;  # matches, "." matches "\n"
505     $x =~ /girl.Who/m;  # doesn't match, "." doesn't match "\n"
506     $x =~ /girl.Who/sm; # matches, "." matches "\n"
507
508 Most of the time, the default behavior is what is wanted, but C<//s> and
509 C<//m> are occasionally very useful.  If C<//m> is being used, the start
510 of the string can still be matched with C<\A> and the end of the string
511 can still be matched with the anchors C<\Z> (matches both the end and
512 the newline before, like C<$>), and C<\z> (matches only the end):
513
514     $x =~ /^Who/m;   # matches, "Who" at start of second line
515     $x =~ /\AWho/m;  # doesn't match, "Who" is not at start of string
516
517     $x =~ /girl$/m;  # matches, "girl" at end of first line
518     $x =~ /girl\Z/m; # doesn't match, "girl" is not at end of string
519
520     $x =~ /Perl\Z/m; # matches, "Perl" is at newline before end
521     $x =~ /Perl\z/m; # doesn't match, "Perl" is not at end of string
522
523 We now know how to create choices among classes of characters in a
524 regexp.  What about choices among words or character strings? Such
525 choices are described in the next section.
526
527 =head2 Matching this or that
528
529 Sometimes we would like our regexp to be able to match different
530 possible words or character strings.  This is accomplished by using
531 the I<alternation> metacharacter C<|>.  To match C<dog> or C<cat>, we
532 form the regexp C<dog|cat>.  As before, Perl will try to match the
533 regexp at the earliest possible point in the string.  At each
534 character position, Perl will first try to match the first
535 alternative, C<dog>.  If C<dog> doesn't match, Perl will then try the
536 next alternative, C<cat>.  If C<cat> doesn't match either, then the
537 match fails and Perl moves to the next position in the string.  Some
538 examples:
539
540     "cats and dogs" =~ /cat|dog|bird/;  # matches "cat"
541     "cats and dogs" =~ /dog|cat|bird/;  # matches "cat"
542
543 Even though C<dog> is the first alternative in the second regexp,
544 C<cat> is able to match earlier in the string.
545
546     "cats"          =~ /c|ca|cat|cats/; # matches "c"
547     "cats"          =~ /cats|cat|ca|c/; # matches "cats"
548
549 Here, all the alternatives match at the first string position, so the
550 first alternative is the one that matches.  If some of the
551 alternatives are truncations of the others, put the longest ones first
552 to give them a chance to match.
553
554     "cab" =~ /a|b|c/ # matches "c"
555                      # /a|b|c/ == /[abc]/
556
557 The last example points out that character classes are like
558 alternations of characters.  At a given character position, the first
559 alternative that allows the regexp match to succeed will be the one
560 that matches.
561
562 =head2 Grouping things and hierarchical matching
563
564 Alternation allows a regexp to choose among alternatives, but by
565 itself it is unsatisfying.  The reason is that each alternative is a whole
566 regexp, but sometime we want alternatives for just part of a
567 regexp.  For instance, suppose we want to search for housecats or
568 housekeepers.  The regexp C<housecat|housekeeper> fits the bill, but is
569 inefficient because we had to type C<house> twice.  It would be nice to
570 have parts of the regexp be constant, like C<house>, and some
571 parts have alternatives, like C<cat|keeper>.
572
573 The I<grouping> metacharacters C<()> solve this problem.  Grouping
574 allows parts of a regexp to be treated as a single unit.  Parts of a
575 regexp are grouped by enclosing them in parentheses.  Thus we could solve
576 the C<housecat|housekeeper> by forming the regexp as
577 C<house(cat|keeper)>.  The regexp C<house(cat|keeper)> means match
578 C<house> followed by either C<cat> or C<keeper>.  Some more examples
579 are
580
581     /(a|b)b/;    # matches 'ab' or 'bb'
582     /(ac|b)b/;   # matches 'acb' or 'bb'
583     /(^a|b)c/;   # matches 'ac' at start of string or 'bc' anywhere
584     /(a|[bc])d/; # matches 'ad', 'bd', or 'cd'
585
586     /house(cat|)/;  # matches either 'housecat' or 'house'
587     /house(cat(s|)|)/;  # matches either 'housecats' or 'housecat' or
588                         # 'house'.  Note groups can be nested.
589
590     /(19|20|)\d\d/;  # match years 19xx, 20xx, or the Y2K problem, xx
591     "20" =~ /(19|20|)\d\d/;  # matches the null alternative '()\d\d',
592                              # because '20\d\d' can't match
593
594 Alternations behave the same way in groups as out of them: at a given
595 string position, the leftmost alternative that allows the regexp to
596 match is taken.  So in the last example at the first string position,
597 C<"20"> matches the second alternative, but there is nothing left over
598 to match the next two digits C<\d\d>.  So Perl moves on to the next
599 alternative, which is the null alternative and that works, since
600 C<"20"> is two digits.
601
602 The process of trying one alternative, seeing if it matches, and
603 moving on to the next alternative, while going back in the string
604 from where the previous alternative was tried, if it doesn't, is called
605 I<backtracking>.  The term 'backtracking' comes from the idea that
606 matching a regexp is like a walk in the woods.  Successfully matching
607 a regexp is like arriving at a destination.  There are many possible
608 trailheads, one for each string position, and each one is tried in
609 order, left to right.  From each trailhead there may be many paths,
610 some of which get you there, and some which are dead ends.  When you
611 walk along a trail and hit a dead end, you have to backtrack along the
612 trail to an earlier point to try another trail.  If you hit your
613 destination, you stop immediately and forget about trying all the
614 other trails.  You are persistent, and only if you have tried all the
615 trails from all the trailheads and not arrived at your destination, do
616 you declare failure.  To be concrete, here is a step-by-step analysis
617 of what Perl does when it tries to match the regexp
618
619     "abcde" =~ /(abd|abc)(df|d|de)/;
620
621 =over 4
622
623 =item 0
624
625 Start with the first letter in the string 'a'.
626
627 =item 1
628
629 Try the first alternative in the first group 'abd'.
630
631 =item 2
632
633 Match 'a' followed by 'b'. So far so good.
634
635 =item 3
636
637 'd' in the regexp doesn't match 'c' in the string - a dead
638 end.  So backtrack two characters and pick the second alternative in
639 the first group 'abc'.
640
641 =item 4
642
643 Match 'a' followed by 'b' followed by 'c'.  We are on a roll
644 and have satisfied the first group. Set $1 to 'abc'.
645
646 =item 5
647
648 Move on to the second group and pick the first alternative
649 'df'.
650
651 =item 6
652
653 Match the 'd'.
654
655 =item 7
656
657 'f' in the regexp doesn't match 'e' in the string, so a dead
658 end.  Backtrack one character and pick the second alternative in the
659 second group 'd'.
660
661 =item 8
662
663 'd' matches. The second grouping is satisfied, so set $2 to
664 'd'.
665
666 =item 9
667
668 We are at the end of the regexp, so we are done! We have
669 matched 'abcd' out of the string "abcde".
670
671 =back
672
673 There are a couple of things to note about this analysis.  First, the
674 third alternative in the second group 'de' also allows a match, but we
675 stopped before we got to it - at a given character position, leftmost
676 wins.  Second, we were able to get a match at the first character
677 position of the string 'a'.  If there were no matches at the first
678 position, Perl would move to the second character position 'b' and
679 attempt the match all over again.  Only when all possible paths at all
680 possible character positions have been exhausted does Perl give
681 up and declare S<C<$string =~ /(abd|abc)(df|d|de)/;>> to be false.
682
683 Even with all this work, regexp matching happens remarkably fast.  To
684 speed things up, Perl compiles the regexp into a compact sequence of 
685 opcodes that can often fit inside a processor cache.  When the code is 
686 executed, these opcodes can then run at full throttle and search very
687 quickly.
688
689 =head2 Extracting matches
690
691 The grouping metacharacters C<()> also serve another completely
692 different function: they allow the extraction of the parts of a string
693 that matched.  This is very useful to find out what matched and for
694 text processing in general.  For each grouping, the part that matched
695 inside goes into the special variables C<$1>, C<$2>, etc.  They can be
696 used just as ordinary variables:
697
698     # extract hours, minutes, seconds
699     if ($time =~ /(\d\d):(\d\d):(\d\d)/) {    # match hh:mm:ss format
700         $hours = $1;
701         $minutes = $2;
702         $seconds = $3;
703     }
704
705 Now, we know that in scalar context,
706 S<C<$time =~ /(\d\d):(\d\d):(\d\d)/>> returns a true or false
707 value.  In list context, however, it returns the list of matched values
708 C<($1,$2,$3)>.  So we could write the code more compactly as
709
710     # extract hours, minutes, seconds
711     ($hours, $minutes, $second) = ($time =~ /(\d\d):(\d\d):(\d\d)/);
712
713 If the groupings in a regexp are nested, C<$1> gets the group with the
714 leftmost opening parenthesis, C<$2> the next opening parenthesis,
715 etc.  Here is a regexp with nested groups:
716
717     /(ab(cd|ef)((gi)|j))/;
718      1  2      34
719
720 If this regexp matches, C<$1> contains a string starting with
721 C<'ab'>, C<$2> is either set to C<'cd'> or C<'ef'>, C<$3> equals either
722 C<'gi'> or C<'j'>, and C<$4> is either set to C<'gi'>, just like C<$3>,
723 or it remains undefined.
724
725 For convenience, Perl sets C<$+> to the string held by the highest numbered
726 C<$1>, C<$2>,... that got assigned (and, somewhat related, C<$^N> to the
727 value of the C<$1>, C<$2>,... most-recently assigned; i.e. the C<$1>,
728 C<$2>,... associated with the rightmost closing parenthesis used in the
729 match).
730
731
732 =head2 Backreferences
733
734 Closely associated with the matching variables C<$1>, C<$2>, ... are
735 the I<backreferences> C<\1>, C<\2>,...  Backreferences are simply
736 matching variables that can be used I<inside> a regexp.  This is a
737 really nice feature -- what matches later in a regexp is made to depend on
738 what matched earlier in the regexp.  Suppose we wanted to look
739 for doubled words in a text, like 'the the'.  The following regexp finds
740 all 3-letter doubles with a space in between:
741
742     /\b(\w\w\w)\s\1\b/;
743
744 The grouping assigns a value to \1, so that the same 3 letter sequence
745 is used for both parts.
746
747 A similar task is to find words consisting of two identical parts:
748
749     % simple_grep '^(\w\w\w\w|\w\w\w|\w\w|\w)\1$' /usr/dict/words
750     beriberi
751     booboo
752     coco
753     mama
754     murmur
755     papa
756
757 The regexp has a single grouping which considers 4-letter
758 combinations, then 3-letter combinations, etc., and uses C<\1> to look for
759 a repeat.  Although C<$1> and C<\1> represent the same thing, care should be
760 taken to use matched variables C<$1>, C<$2>,... only I<outside> a regexp
761 and backreferences C<\1>, C<\2>,... only I<inside> a regexp; not doing
762 so may lead to surprising and unsatisfactory results.
763
764
765 =head2 Relative backreferences
766
767 Counting the opening parentheses to get the correct number for a
768 backreference is errorprone as soon as there is more than one 
769 capturing group.  A more convenient technique became available
770 with Perl 5.10: relative backreferences. To refer to the immediately
771 preceding capture group one now may write C<\g{-1}>, the next but
772 last is available via C<\g{-2}>, and so on.
773
774 Another good reason in addition to readability and maintainability
775 for using relative backreferences  is illustrated by the following example,
776 where a simple pattern for matching peculiar strings is used:
777
778     $a99a = '([a-z])(\d)\2\1';   # matches a11a, g22g, x33x, etc. 
779
780 Now that we have this pattern stored as a handy string, we might feel
781 tempted to use it as a part of some other pattern:
782
783     $line = "code=e99e";
784     if ($line =~ /^(\w+)=$a99a$/){   # unexpected behavior!
785         print "$1 is valid\n";
786     } else {
787         print "bad line: '$line'\n";
788     }
789
790 But this doesn't match -- at least not the way one might expect. Only
791 after inserting the interpolated C<$a99a> and looking at the resulting
792 full text of the regexp is it obvious that the backreferences have
793 backfired -- the subexpression C<(\w+)> has snatched number 1 and
794 demoted the groups in C<$a99a> by one rank. This can be avoided by
795 using relative backreferences:
796
797     $a99a = '([a-z])(\d)\g{-1}\g{-2}';  # safe for being interpolated
798
799
800 =head2 Named backreferences
801
802 Perl 5.10 also introduced named capture buffers and named backreferences.
803 To attach a name to a capturing group, you write either
804 C<< (?<name>...) >> or C<< (?'name'...) >>.  The backreference may
805 then be written as C<\g{name}>.  It is permissible to attach the
806 same name to more than one group, but then only the leftmost one of the
807 eponymous set can be referenced.  Outside of the pattern a named
808 capture buffer is accessible through the C<%+> hash.
809
810 Assuming that we have to match calendar dates which may be given in one 
811 of the three formats yyyy-mm-dd, mm/dd/yyyy or dd.mm.yyyy, we can write
812 three suitable patterns where we use 'd', 'm' and 'y' respectively as the 
813 names of the buffers capturing the pertaining components of a date. The
814 matching operation combines the three patterns as alternatives:
815
816     $fmt1 = '(?<y>\d\d\d\d)-(?<m>\d\d)-(?<d>\d\d)';
817     $fmt2 = '(?<m>\d\d)/(?<d>\d\d)/(?<y>\d\d\d\d)';
818     $fmt3 = '(?<d>\d\d)\.(?<m>\d\d)\.(?<y>\d\d\d\d)';
819     for my $d qw( 2006-10-21 15.01.2007 10/31/2005 ){
820         if ( $d =~ m{$fmt1|$fmt2|$fmt3} ){
821             print "day=$+{d} month=$+{m} year=$+{y}\n";
822         }
823     }
824
825 If any of the alternatives matches, the hash C<%+> is bound to contain the
826 three key-value pairs.
827
828
829 =head2 Alternative capture group numbering
830
831 Yet another capturing group numbering technique (also as from Perl 5.10)
832 deals with the problem of referring to groups within a set of alternatives.
833 Consider a pattern for matching a time of the day, civil or military style:
834
835     if ( $time =~ /(\d\d|\d):(\d\d)|(\d\d)(\d\d)/ ){
836         # process hour and minute
837     }
838
839 Processing the results requires an additional if statement to determine
840 whether C<$1> and C<$2> or C<$3> and C<$4> contain the goodies. It would 
841 be easier if we could use buffer numbers 1 and 2 in second alternative as
842 well, and this is exactly what the parenthesized construct C<(?|...)>, 
843 set around an alternative achieves. Here is an extended version of the
844 previous pattern:
845
846     if ( $time =~ /(?|(\d\d|\d):(\d\d)|(\d\d)(\d\d))\s+([A-Z][A-Z][A-Z])/ ){
847         print "hour=$1 minute=$2 zone=$3\n";
848     }
849
850 Within the alternative numbering group, buffer numbers start at the same
851 position for each alternative. After the group, numbering continues
852 with one higher than the maximum reached across all the alteratives.
853
854
855 =head2 Position information
856
857 In addition to what was matched, Perl (since 5.6.0) also provides the
858 positions of what was matched as contents of the C<@-> and C<@+>
859 arrays. C<$-[0]> is the position of the start of the entire match and
860 C<$+[0]> is the position of the end. Similarly, C<$-[n]> is the
861 position of the start of the C<$n> match and C<$+[n]> is the position
862 of the end. If C<$n> is undefined, so are C<$-[n]> and C<$+[n]>. Then
863 this code
864
865     $x = "Mmm...donut, thought Homer";
866     $x =~ /^(Mmm|Yech)\.\.\.(donut|peas)/; # matches
867     foreach $expr (1..$#-) {
868         print "Match $expr: '${$expr}' at position ($-[$expr],$+[$expr])\n";
869     }
870
871 prints
872
873     Match 1: 'Mmm' at position (0,3)
874     Match 2: 'donut' at position (6,11)
875
876 Even if there are no groupings in a regexp, it is still possible to
877 find out what exactly matched in a string.  If you use them, Perl
878 will set C<$`> to the part of the string before the match, will set C<$&>
879 to the part of the string that matched, and will set C<$'> to the part
880 of the string after the match.  An example:
881
882     $x = "the cat caught the mouse";
883     $x =~ /cat/;  # $` = 'the ', $& = 'cat', $' = ' caught the mouse'
884     $x =~ /the/;  # $` = '', $& = 'the', $' = ' cat caught the mouse'
885
886 In the second match, C<$`> equals C<''> because the regexp matched at the
887 first character position in the string and stopped; it never saw the
888 second 'the'.  It is important to note that using C<$`> and C<$'>
889 slows down regexp matching quite a bit, while C<$&> slows it down to a
890 lesser extent, because if they are used in one regexp in a program,
891 they are generated for I<all> regexps in the program.  So if raw
892 performance is a goal of your application, they should be avoided.
893 If you need to extract the corresponding substrings, use C<@-> and
894 C<@+> instead:
895
896     $` is the same as substr( $x, 0, $-[0] )
897     $& is the same as substr( $x, $-[0], $+[0]-$-[0] )
898     $' is the same as substr( $x, $+[0] )
899
900
901 =head2 Non-capturing groupings
902
903 A group that is required to bundle a set of alternatives may or may not be 
904 useful as a capturing group.  If it isn't, it just creates a superfluous
905 addition to the set of available capture buffer values, inside as well as
906 outside the regexp.  Non-capturing groupings, denoted by C<(?:regexp)>,
907 still allow the regexp to be treated as a single unit, but don't establish 
908 a capturing buffer at the same time.  Both capturing and non-capturing
909 groupings are allowed to co-exist in the same regexp.  Because there is
910 no extraction, non-capturing groupings are faster than capturing
911 groupings.  Non-capturing groupings are also handy for choosing exactly
912 which parts of a regexp are to be extracted to matching variables:
913
914     # match a number, $1-$4 are set, but we only want $1
915     /([+-]?\ *(\d+(\.\d*)?|\.\d+)([eE][+-]?\d+)?)/;
916
917     # match a number faster , only $1 is set
918     /([+-]?\ *(?:\d+(?:\.\d*)?|\.\d+)(?:[eE][+-]?\d+)?)/;
919
920     # match a number, get $1 = whole number, $2 = exponent
921     /([+-]?\ *(?:\d+(?:\.\d*)?|\.\d+)(?:[eE]([+-]?\d+))?)/;
922
923 Non-capturing groupings are also useful for removing nuisance
924 elements gathered from a split operation where parentheses are
925 required for some reason:
926
927     $x = '12aba34ba5';
928     @num = split /(a|b)+/, $x;    # @num = ('12','a','34','b','5')
929     @num = split /(?:a|b)+/, $x;  # @num = ('12','34','5')
930
931
932 =head2 Matching repetitions
933
934 The examples in the previous section display an annoying weakness.  We
935 were only matching 3-letter words, or chunks of words of 4 letters or
936 less.  We'd like to be able to match words or, more generally, strings
937 of any length, without writing out tedious alternatives like
938 C<\w\w\w\w|\w\w\w|\w\w|\w>.
939
940 This is exactly the problem the I<quantifier> metacharacters C<?>,
941 C<*>, C<+>, and C<{}> were created for.  They allow us to delimit the
942 number of repeats for a portion of a regexp we consider to be a
943 match.  Quantifiers are put immediately after the character, character
944 class, or grouping that we want to specify.  They have the following
945 meanings:
946
947 =over 4
948
949 =item *
950
951 C<a?> means: match 'a' 1 or 0 times
952
953 =item *
954
955 C<a*> means: match 'a' 0 or more times, i.e., any number of times
956
957 =item *
958
959 C<a+> means: match 'a' 1 or more times, i.e., at least once
960
961 =item *
962
963 C<a{n,m}> means: match at least C<n> times, but not more than C<m>
964 times.
965
966 =item *
967
968 C<a{n,}> means: match at least C<n> or more times
969
970 =item *
971
972 C<a{n}> means: match exactly C<n> times
973
974 =back
975
976 Here are some examples:
977
978     /[a-z]+\s+\d*/;  # match a lowercase word, at least one space, and
979                      # any number of digits
980     /(\w+)\s+\1/;    # match doubled words of arbitrary length
981     /y(es)?/i;       # matches 'y', 'Y', or a case-insensitive 'yes'
982     $year =~ /\d{2,4}/;  # make sure year is at least 2 but not more
983                          # than 4 digits
984     $year =~ /\d{4}|\d{2}/;    # better match; throw out 3 digit dates
985     $year =~ /\d{2}(\d{2})?/;  # same thing written differently. However,
986                                # this produces $1 and the other does not.
987
988     % simple_grep '^(\w+)\1$' /usr/dict/words   # isn't this easier?
989     beriberi
990     booboo
991     coco
992     mama
993     murmur
994     papa
995
996 For all of these quantifiers, Perl will try to match as much of the
997 string as possible, while still allowing the regexp to succeed.  Thus
998 with C</a?.../>, Perl will first try to match the regexp with the C<a>
999 present; if that fails, Perl will try to match the regexp without the
1000 C<a> present.  For the quantifier C<*>, we get the following:
1001
1002     $x = "the cat in the hat";
1003     $x =~ /^(.*)(cat)(.*)$/; # matches,
1004                              # $1 = 'the '
1005                              # $2 = 'cat'
1006                              # $3 = ' in the hat'
1007
1008 Which is what we might expect, the match finds the only C<cat> in the
1009 string and locks onto it.  Consider, however, this regexp:
1010
1011     $x =~ /^(.*)(at)(.*)$/; # matches,
1012                             # $1 = 'the cat in the h'
1013                             # $2 = 'at'
1014                             # $3 = ''   (0 characters match)
1015
1016 One might initially guess that Perl would find the C<at> in C<cat> and
1017 stop there, but that wouldn't give the longest possible string to the
1018 first quantifier C<.*>.  Instead, the first quantifier C<.*> grabs as
1019 much of the string as possible while still having the regexp match.  In
1020 this example, that means having the C<at> sequence with the final C<at>
1021 in the string.  The other important principle illustrated here is that
1022 when there are two or more elements in a regexp, the I<leftmost>
1023 quantifier, if there is one, gets to grab as much the string as
1024 possible, leaving the rest of the regexp to fight over scraps.  Thus in
1025 our example, the first quantifier C<.*> grabs most of the string, while
1026 the second quantifier C<.*> gets the empty string.   Quantifiers that
1027 grab as much of the string as possible are called I<maximal match> or
1028 I<greedy> quantifiers.
1029
1030 When a regexp can match a string in several different ways, we can use
1031 the principles above to predict which way the regexp will match:
1032
1033 =over 4
1034
1035 =item *
1036
1037 Principle 0: Taken as a whole, any regexp will be matched at the
1038 earliest possible position in the string.
1039
1040 =item *
1041
1042 Principle 1: In an alternation C<a|b|c...>, the leftmost alternative
1043 that allows a match for the whole regexp will be the one used.
1044
1045 =item *
1046
1047 Principle 2: The maximal matching quantifiers C<?>, C<*>, C<+> and
1048 C<{n,m}> will in general match as much of the string as possible while
1049 still allowing the whole regexp to match.
1050
1051 =item *
1052
1053 Principle 3: If there are two or more elements in a regexp, the
1054 leftmost greedy quantifier, if any, will match as much of the string
1055 as possible while still allowing the whole regexp to match.  The next
1056 leftmost greedy quantifier, if any, will try to match as much of the
1057 string remaining available to it as possible, while still allowing the
1058 whole regexp to match.  And so on, until all the regexp elements are
1059 satisfied.
1060
1061 =back
1062
1063 As we have seen above, Principle 0 overrides the others -- the regexp
1064 will be matched as early as possible, with the other principles
1065 determining how the regexp matches at that earliest character
1066 position.
1067
1068 Here is an example of these principles in action:
1069
1070     $x = "The programming republic of Perl";
1071     $x =~ /^(.+)(e|r)(.*)$/;  # matches,
1072                               # $1 = 'The programming republic of Pe'
1073                               # $2 = 'r'
1074                               # $3 = 'l'
1075
1076 This regexp matches at the earliest string position, C<'T'>.  One
1077 might think that C<e>, being leftmost in the alternation, would be
1078 matched, but C<r> produces the longest string in the first quantifier.
1079
1080     $x =~ /(m{1,2})(.*)$/;  # matches,
1081                             # $1 = 'mm'
1082                             # $2 = 'ing republic of Perl'
1083
1084 Here, The earliest possible match is at the first C<'m'> in
1085 C<programming>. C<m{1,2}> is the first quantifier, so it gets to match
1086 a maximal C<mm>.
1087
1088     $x =~ /.*(m{1,2})(.*)$/;  # matches,
1089                               # $1 = 'm'
1090                               # $2 = 'ing republic of Perl'
1091
1092 Here, the regexp matches at the start of the string. The first
1093 quantifier C<.*> grabs as much as possible, leaving just a single
1094 C<'m'> for the second quantifier C<m{1,2}>.
1095
1096     $x =~ /(.?)(m{1,2})(.*)$/;  # matches,
1097                                 # $1 = 'a'
1098                                 # $2 = 'mm'
1099                                 # $3 = 'ing republic of Perl'
1100
1101 Here, C<.?> eats its maximal one character at the earliest possible
1102 position in the string, C<'a'> in C<programming>, leaving C<m{1,2}>
1103 the opportunity to match both C<m>'s. Finally,
1104
1105     "aXXXb" =~ /(X*)/; # matches with $1 = ''
1106
1107 because it can match zero copies of C<'X'> at the beginning of the
1108 string.  If you definitely want to match at least one C<'X'>, use
1109 C<X+>, not C<X*>.
1110
1111 Sometimes greed is not good.  At times, we would like quantifiers to
1112 match a I<minimal> piece of string, rather than a maximal piece.  For
1113 this purpose, Larry Wall created the I<minimal match> or
1114 I<non-greedy> quantifiers C<??>, C<*?>, C<+?>, and C<{}?>.  These are
1115 the usual quantifiers with a C<?> appended to them.  They have the
1116 following meanings:
1117
1118 =over 4
1119
1120 =item *
1121
1122 C<a??> means: match 'a' 0 or 1 times. Try 0 first, then 1.
1123
1124 =item *
1125
1126 C<a*?> means: match 'a' 0 or more times, i.e., any number of times,
1127 but as few times as possible
1128
1129 =item *
1130
1131 C<a+?> means: match 'a' 1 or more times, i.e., at least once, but
1132 as few times as possible
1133
1134 =item *
1135
1136 C<a{n,m}?> means: match at least C<n> times, not more than C<m>
1137 times, as few times as possible
1138
1139 =item *
1140
1141 C<a{n,}?> means: match at least C<n> times, but as few times as
1142 possible
1143
1144 =item *
1145
1146 C<a{n}?> means: match exactly C<n> times.  Because we match exactly
1147 C<n> times, C<a{n}?> is equivalent to C<a{n}> and is just there for
1148 notational consistency.
1149
1150 =back
1151
1152 Let's look at the example above, but with minimal quantifiers:
1153
1154     $x = "The programming republic of Perl";
1155     $x =~ /^(.+?)(e|r)(.*)$/; # matches,
1156                               # $1 = 'Th'
1157                               # $2 = 'e'
1158                               # $3 = ' programming republic of Perl'
1159
1160 The minimal string that will allow both the start of the string C<^>
1161 and the alternation to match is C<Th>, with the alternation C<e|r>
1162 matching C<e>.  The second quantifier C<.*> is free to gobble up the
1163 rest of the string.
1164
1165     $x =~ /(m{1,2}?)(.*?)$/;  # matches,
1166                               # $1 = 'm'
1167                               # $2 = 'ming republic of Perl'
1168
1169 The first string position that this regexp can match is at the first
1170 C<'m'> in C<programming>. At this position, the minimal C<m{1,2}?>
1171 matches just one C<'m'>.  Although the second quantifier C<.*?> would
1172 prefer to match no characters, it is constrained by the end-of-string
1173 anchor C<$> to match the rest of the string.
1174
1175     $x =~ /(.*?)(m{1,2}?)(.*)$/;  # matches,
1176                                   # $1 = 'The progra'
1177                                   # $2 = 'm'
1178                                   # $3 = 'ming republic of Perl'
1179
1180 In this regexp, you might expect the first minimal quantifier C<.*?>
1181 to match the empty string, because it is not constrained by a C<^>
1182 anchor to match the beginning of the word.  Principle 0 applies here,
1183 however.  Because it is possible for the whole regexp to match at the
1184 start of the string, it I<will> match at the start of the string.  Thus
1185 the first quantifier has to match everything up to the first C<m>.  The
1186 second minimal quantifier matches just one C<m> and the third
1187 quantifier matches the rest of the string.
1188
1189     $x =~ /(.??)(m{1,2})(.*)$/;  # matches,
1190                                  # $1 = 'a'
1191                                  # $2 = 'mm'
1192                                  # $3 = 'ing republic of Perl'
1193
1194 Just as in the previous regexp, the first quantifier C<.??> can match
1195 earliest at position C<'a'>, so it does.  The second quantifier is
1196 greedy, so it matches C<mm>, and the third matches the rest of the
1197 string.
1198
1199 We can modify principle 3 above to take into account non-greedy
1200 quantifiers:
1201
1202 =over 4
1203
1204 =item *
1205
1206 Principle 3: If there are two or more elements in a regexp, the
1207 leftmost greedy (non-greedy) quantifier, if any, will match as much
1208 (little) of the string as possible while still allowing the whole
1209 regexp to match.  The next leftmost greedy (non-greedy) quantifier, if
1210 any, will try to match as much (little) of the string remaining
1211 available to it as possible, while still allowing the whole regexp to
1212 match.  And so on, until all the regexp elements are satisfied.
1213
1214 =back
1215
1216 Just like alternation, quantifiers are also susceptible to
1217 backtracking.  Here is a step-by-step analysis of the example
1218
1219     $x = "the cat in the hat";
1220     $x =~ /^(.*)(at)(.*)$/; # matches,
1221                             # $1 = 'the cat in the h'
1222                             # $2 = 'at'
1223                             # $3 = ''   (0 matches)
1224
1225 =over 4
1226
1227 =item 0
1228
1229 Start with the first letter in the string 't'.
1230
1231 =item 1
1232
1233 The first quantifier '.*' starts out by matching the whole
1234 string 'the cat in the hat'.
1235
1236 =item 2
1237
1238 'a' in the regexp element 'at' doesn't match the end of the
1239 string.  Backtrack one character.
1240
1241 =item 3
1242
1243 'a' in the regexp element 'at' still doesn't match the last
1244 letter of the string 't', so backtrack one more character.
1245
1246 =item 4
1247
1248 Now we can match the 'a' and the 't'.
1249
1250 =item 5
1251
1252 Move on to the third element '.*'.  Since we are at the end of
1253 the string and '.*' can match 0 times, assign it the empty string.
1254
1255 =item 6
1256
1257 We are done!
1258
1259 =back
1260
1261 Most of the time, all this moving forward and backtracking happens
1262 quickly and searching is fast. There are some pathological regexps,
1263 however, whose execution time exponentially grows with the size of the
1264 string.  A typical structure that blows up in your face is of the form
1265
1266     /(a|b+)*/;
1267
1268 The problem is the nested indeterminate quantifiers.  There are many
1269 different ways of partitioning a string of length n between the C<+>
1270 and C<*>: one repetition with C<b+> of length n, two repetitions with
1271 the first C<b+> length k and the second with length n-k, m repetitions
1272 whose bits add up to length n, etc.  In fact there are an exponential
1273 number of ways to partition a string as a function of its length.  A
1274 regexp may get lucky and match early in the process, but if there is
1275 no match, Perl will try I<every> possibility before giving up.  So be
1276 careful with nested C<*>'s, C<{n,m}>'s, and C<+>'s.  The book
1277 I<Mastering Regular Expressions> by Jeffrey Friedl gives a wonderful
1278 discussion of this and other efficiency issues.
1279
1280
1281 =head2 Possessive quantifiers
1282
1283 Backtracking during the relentless search for a match may be a waste
1284 of time, particularly when the match is bound to fail.  Consider
1285 the simple pattern
1286
1287     /^\w+\s+\w+$/; # a word, spaces, a word
1288
1289 Whenever this is applied to a string which doesn't quite meet the
1290 pattern's expectations such as S<C<"abc  ">> or S<C<"abc  def ">>,
1291 the regex engine will backtrack, approximately once for each character 
1292 in the string.  But we know that there is no way around taking I<all> 
1293 of the inital word characters to match the first repetition, that I<all> 
1294 spaces must be eaten by the middle part, and the same goes for the second
1295 word.  With the introduction of the I<possessive quantifiers> in 
1296 Perl 5.10 we have a way of instructing the regexp engine not to backtrack, 
1297 with the usual quantifiers with a C<+> appended to them.  This makes them 
1298 greedy as well as stingy; once they succeed they won't give anything back
1299 to permit another solution. They have the following meanings:
1300
1301 =over 4
1302
1303 =item *
1304
1305 C<a{n,m}+> means: match at least C<n> times, not more than C<m> times, 
1306 as many times as possible, and don't give anything up. C<a?+> is short 
1307 for C<a{0,1}+>
1308
1309 =item *
1310
1311 C<a{n,}+> means: match at least C<n> times, but as many times as possible,
1312 and don't give anything up. C<a*+> is short for C<a{0,}+> and C<a++> is 
1313 short for C<a{1,}+>.
1314
1315 =item *
1316
1317 C<a{n}+> means: match exactly C<n> times.  It is just there for
1318 notational consistency.
1319
1320 =back
1321
1322 These possessive quantifiers represent a special case of a more general 
1323 concept, the I<independent subexpression>, see below. 
1324
1325 As an example where a possessive quantifier is suitable we consider
1326 matching a quoted string, as it appears in several programming languages.
1327 The backslash is used as an escape character that indicates that the
1328 next character is to be taken literally, as another character for the
1329 string.  Therefore, after the opening quote, we expect a (possibly
1330 empty) sequence of alternatives: either some character except an 
1331 unescaped quote or backslash or an escaped character.
1332
1333     /"(?:[^"\\]++|\\.)*+"/;
1334
1335
1336 =head2 Building a regexp
1337
1338 At this point, we have all the basic regexp concepts covered, so let's
1339 give a more involved example of a regular expression.  We will build a
1340 regexp that matches numbers.
1341
1342 The first task in building a regexp is to decide what we want to match
1343 and what we want to exclude.  In our case, we want to match both
1344 integers and floating point numbers and we want to reject any string
1345 that isn't a number.
1346
1347 The next task is to break the problem down into smaller problems that
1348 are easily converted into a regexp.
1349
1350 The simplest case is integers.  These consist of a sequence of digits,
1351 with an optional sign in front.  The digits we can represent with
1352 C<\d+> and the sign can be matched with C<[+-]>.  Thus the integer
1353 regexp is
1354
1355     /[+-]?\d+/;  # matches integers
1356
1357 A floating point number potentially has a sign, an integral part, a
1358 decimal point, a fractional part, and an exponent.  One or more of these
1359 parts is optional, so we need to check out the different
1360 possibilities.  Floating point numbers which are in proper form include
1361 123., 0.345, .34, -1e6, and 25.4E-72.  As with integers, the sign out
1362 front is completely optional and can be matched by C<[+-]?>.  We can
1363 see that if there is no exponent, floating point numbers must have a
1364 decimal point, otherwise they are integers.  We might be tempted to
1365 model these with C<\d*\.\d*>, but this would also match just a single
1366 decimal point, which is not a number.  So the three cases of floating
1367 point number without exponent are
1368
1369    /[+-]?\d+\./;  # 1., 321., etc.
1370    /[+-]?\.\d+/;  # .1, .234, etc.
1371    /[+-]?\d+\.\d+/;  # 1.0, 30.56, etc.
1372
1373 These can be combined into a single regexp with a three-way alternation:
1374
1375    /[+-]?(\d+\.\d+|\d+\.|\.\d+)/;  # floating point, no exponent
1376
1377 In this alternation, it is important to put C<'\d+\.\d+'> before
1378 C<'\d+\.'>.  If C<'\d+\.'> were first, the regexp would happily match that
1379 and ignore the fractional part of the number.
1380
1381 Now consider floating point numbers with exponents.  The key
1382 observation here is that I<both> integers and numbers with decimal
1383 points are allowed in front of an exponent.  Then exponents, like the
1384 overall sign, are independent of whether we are matching numbers with
1385 or without decimal points, and can be 'decoupled' from the
1386 mantissa.  The overall form of the regexp now becomes clear:
1387
1388     /^(optional sign)(integer | f.p. mantissa)(optional exponent)$/;
1389
1390 The exponent is an C<e> or C<E>, followed by an integer.  So the
1391 exponent regexp is
1392
1393    /[eE][+-]?\d+/;  # exponent
1394
1395 Putting all the parts together, we get a regexp that matches numbers:
1396
1397    /^[+-]?(\d+\.\d+|\d+\.|\.\d+|\d+)([eE][+-]?\d+)?$/;  # Ta da!
1398
1399 Long regexps like this may impress your friends, but can be hard to
1400 decipher.  In complex situations like this, the C<//x> modifier for a
1401 match is invaluable.  It allows one to put nearly arbitrary whitespace
1402 and comments into a regexp without affecting their meaning.  Using it,
1403 we can rewrite our 'extended' regexp in the more pleasing form
1404
1405    /^
1406       [+-]?         # first, match an optional sign
1407       (             # then match integers or f.p. mantissas:
1408           \d+\.\d+  # mantissa of the form a.b
1409          |\d+\.     # mantissa of the form a.
1410          |\.\d+     # mantissa of the form .b
1411          |\d+       # integer of the form a
1412       )
1413       ([eE][+-]?\d+)?  # finally, optionally match an exponent
1414    $/x;
1415
1416 If whitespace is mostly irrelevant, how does one include space
1417 characters in an extended regexp? The answer is to backslash it
1418 S<C<'\ '>> or put it in a character class S<C<[ ]>>.  The same thing
1419 goes for pound signs, use C<\#> or C<[#]>.  For instance, Perl allows
1420 a space between the sign and the mantissa or integer, and we could add
1421 this to our regexp as follows:
1422
1423    /^
1424       [+-]?\ *      # first, match an optional sign *and space*
1425       (             # then match integers or f.p. mantissas:
1426           \d+\.\d+  # mantissa of the form a.b
1427          |\d+\.     # mantissa of the form a.
1428          |\.\d+     # mantissa of the form .b
1429          |\d+       # integer of the form a
1430       )
1431       ([eE][+-]?\d+)?  # finally, optionally match an exponent
1432    $/x;
1433
1434 In this form, it is easier to see a way to simplify the
1435 alternation.  Alternatives 1, 2, and 4 all start with C<\d+>, so it
1436 could be factored out:
1437
1438    /^
1439       [+-]?\ *      # first, match an optional sign
1440       (             # then match integers or f.p. mantissas:
1441           \d+       # start out with a ...
1442           (
1443               \.\d* # mantissa of the form a.b or a.
1444           )?        # ? takes care of integers of the form a
1445          |\.\d+     # mantissa of the form .b
1446       )
1447       ([eE][+-]?\d+)?  # finally, optionally match an exponent
1448    $/x;
1449
1450 or written in the compact form,
1451
1452     /^[+-]?\ *(\d+(\.\d*)?|\.\d+)([eE][+-]?\d+)?$/;
1453
1454 This is our final regexp.  To recap, we built a regexp by
1455
1456 =over 4
1457
1458 =item *
1459
1460 specifying the task in detail,
1461
1462 =item *
1463
1464 breaking down the problem into smaller parts,
1465
1466 =item *
1467
1468 translating the small parts into regexps,
1469
1470 =item *
1471
1472 combining the regexps,
1473
1474 =item *
1475
1476 and optimizing the final combined regexp.
1477
1478 =back
1479
1480 These are also the typical steps involved in writing a computer
1481 program.  This makes perfect sense, because regular expressions are
1482 essentially programs written in a little computer language that specifies
1483 patterns.
1484
1485 =head2 Using regular expressions in Perl
1486
1487 The last topic of Part 1 briefly covers how regexps are used in Perl
1488 programs.  Where do they fit into Perl syntax?
1489
1490 We have already introduced the matching operator in its default
1491 C</regexp/> and arbitrary delimiter C<m!regexp!> forms.  We have used
1492 the binding operator C<=~> and its negation C<!~> to test for string
1493 matches.  Associated with the matching operator, we have discussed the
1494 single line C<//s>, multi-line C<//m>, case-insensitive C<//i> and
1495 extended C<//x> modifiers.  There are a few more things you might 
1496 want to know about matching operators. 
1497
1498 =head3 Optimizing pattern evaluation
1499
1500 We pointed out earlier that variables in regexps are substituted 
1501 before the regexp is evaluated:
1502
1503     $pattern = 'Seuss';
1504     while (<>) {
1505         print if /$pattern/;
1506     }
1507
1508 This will print any lines containing the word C<Seuss>.  It is not as
1509 efficient as it could be, however, because Perl has to re-evaluate
1510 (or compile) C<$pattern> each time through the loop.  If C<$pattern> won't be
1511 changing over the lifetime of the script, we can add the C<//o>
1512 modifier, which directs Perl to only perform variable substitutions
1513 once:
1514
1515     #!/usr/bin/perl
1516     #    Improved simple_grep
1517     $regexp = shift;
1518     while (<>) {
1519         print if /$regexp/o;  # a good deal faster
1520     }
1521
1522
1523 =head3 Prohibiting substitution
1524
1525 If you change C<$pattern> after the first substitution happens, Perl
1526 will ignore it.  If you don't want any substitutions at all, use the
1527 special delimiter C<m''>:
1528
1529     @pattern = ('Seuss');
1530     while (<>) {
1531         print if m'@pattern';  # matches literal '@pattern', not 'Seuss'
1532     }
1533
1534 Similar to strings, C<m''> acts like apostrophes on a regexp; all other 
1535 C<m> delimiters act like quotes.  If the regexp evaluates to the empty string,
1536 the regexp in the I<last successful match> is used instead.  So we have
1537
1538     "dog" =~ /d/;  # 'd' matches
1539     "dogbert =~ //;  # this matches the 'd' regexp used before
1540
1541
1542 =head3 Global matching
1543
1544 The final two modifiers C<//g> and C<//c> concern multiple matches.
1545 The modifier C<//g> stands for global matching and allows the
1546 matching operator to match within a string as many times as possible.
1547 In scalar context, successive invocations against a string will have
1548 `C<//g> jump from match to match, keeping track of position in the
1549 string as it goes along.  You can get or set the position with the
1550 C<pos()> function.
1551
1552 The use of C<//g> is shown in the following example.  Suppose we have
1553 a string that consists of words separated by spaces.  If we know how
1554 many words there are in advance, we could extract the words using
1555 groupings:
1556
1557     $x = "cat dog house"; # 3 words
1558     $x =~ /^\s*(\w+)\s+(\w+)\s+(\w+)\s*$/; # matches,
1559                                            # $1 = 'cat'
1560                                            # $2 = 'dog'
1561                                            # $3 = 'house'
1562
1563 But what if we had an indeterminate number of words? This is the sort
1564 of task C<//g> was made for.  To extract all words, form the simple
1565 regexp C<(\w+)> and loop over all matches with C</(\w+)/g>:
1566
1567     while ($x =~ /(\w+)/g) {
1568         print "Word is $1, ends at position ", pos $x, "\n";
1569     }
1570
1571 prints
1572
1573     Word is cat, ends at position 3
1574     Word is dog, ends at position 7
1575     Word is house, ends at position 13
1576
1577 A failed match or changing the target string resets the position.  If
1578 you don't want the position reset after failure to match, add the
1579 C<//c>, as in C</regexp/gc>.  The current position in the string is
1580 associated with the string, not the regexp.  This means that different
1581 strings have different positions and their respective positions can be
1582 set or read independently.
1583
1584 In list context, C<//g> returns a list of matched groupings, or if
1585 there are no groupings, a list of matches to the whole regexp.  So if
1586 we wanted just the words, we could use
1587
1588     @words = ($x =~ /(\w+)/g);  # matches,
1589                                 # $word[0] = 'cat'
1590                                 # $word[1] = 'dog'
1591                                 # $word[2] = 'house'
1592
1593 Closely associated with the C<//g> modifier is the C<\G> anchor.  The
1594 C<\G> anchor matches at the point where the previous C<//g> match left
1595 off.  C<\G> allows us to easily do context-sensitive matching:
1596
1597     $metric = 1;  # use metric units
1598     ...
1599     $x = <FILE>;  # read in measurement
1600     $x =~ /^([+-]?\d+)\s*/g;  # get magnitude
1601     $weight = $1;
1602     if ($metric) { # error checking
1603         print "Units error!" unless $x =~ /\Gkg\./g;
1604     }
1605     else {
1606         print "Units error!" unless $x =~ /\Glbs\./g;
1607     }
1608     $x =~ /\G\s+(widget|sprocket)/g;  # continue processing
1609
1610 The combination of C<//g> and C<\G> allows us to process the string a
1611 bit at a time and use arbitrary Perl logic to decide what to do next.
1612 Currently, the C<\G> anchor is only fully supported when used to anchor
1613 to the start of the pattern.
1614
1615 C<\G> is also invaluable in processing fixed length records with
1616 regexps.  Suppose we have a snippet of coding region DNA, encoded as
1617 base pair letters C<ATCGTTGAAT...> and we want to find all the stop
1618 codons C<TGA>.  In a coding region, codons are 3-letter sequences, so
1619 we can think of the DNA snippet as a sequence of 3-letter records.  The
1620 naive regexp
1621
1622     # expanded, this is "ATC GTT GAA TGC AAA TGA CAT GAC"
1623     $dna = "ATCGTTGAATGCAAATGACATGAC";
1624     $dna =~ /TGA/;
1625
1626 doesn't work; it may match a C<TGA>, but there is no guarantee that
1627 the match is aligned with codon boundaries, e.g., the substring
1628 S<C<GTT GAA>> gives a match.  A better solution is
1629
1630     while ($dna =~ /(\w\w\w)*?TGA/g) {  # note the minimal *?
1631         print "Got a TGA stop codon at position ", pos $dna, "\n";
1632     }
1633
1634 which prints
1635
1636     Got a TGA stop codon at position 18
1637     Got a TGA stop codon at position 23
1638
1639 Position 18 is good, but position 23 is bogus.  What happened?
1640
1641 The answer is that our regexp works well until we get past the last
1642 real match.  Then the regexp will fail to match a synchronized C<TGA>
1643 and start stepping ahead one character position at a time, not what we
1644 want.  The solution is to use C<\G> to anchor the match to the codon
1645 alignment:
1646
1647     while ($dna =~ /\G(\w\w\w)*?TGA/g) {
1648         print "Got a TGA stop codon at position ", pos $dna, "\n";
1649     }
1650
1651 This prints
1652
1653     Got a TGA stop codon at position 18
1654
1655 which is the correct answer.  This example illustrates that it is
1656 important not only to match what is desired, but to reject what is not
1657 desired.
1658
1659 =head3 Search and replace
1660
1661 Regular expressions also play a big role in I<search and replace>
1662 operations in Perl.  Search and replace is accomplished with the
1663 C<s///> operator.  The general form is
1664 C<s/regexp/replacement/modifiers>, with everything we know about
1665 regexps and modifiers applying in this case as well.  The
1666 C<replacement> is a Perl double quoted string that replaces in the
1667 string whatever is matched with the C<regexp>.  The operator C<=~> is
1668 also used here to associate a string with C<s///>.  If matching
1669 against C<$_>, the S<C<$_ =~>> can be dropped.  If there is a match,
1670 C<s///> returns the number of substitutions made, otherwise it returns
1671 false.  Here are a few examples:
1672
1673     $x = "Time to feed the cat!";
1674     $x =~ s/cat/hacker/;   # $x contains "Time to feed the hacker!"
1675     if ($x =~ s/^(Time.*hacker)!$/$1 now!/) {
1676         $more_insistent = 1;
1677     }
1678     $y = "'quoted words'";
1679     $y =~ s/^'(.*)'$/$1/;  # strip single quotes,
1680                            # $y contains "quoted words"
1681
1682 In the last example, the whole string was matched, but only the part
1683 inside the single quotes was grouped.  With the C<s///> operator, the
1684 matched variables C<$1>, C<$2>, etc.  are immediately available for use
1685 in the replacement expression, so we use C<$1> to replace the quoted
1686 string with just what was quoted.  With the global modifier, C<s///g>
1687 will search and replace all occurrences of the regexp in the string:
1688
1689     $x = "I batted 4 for 4";
1690     $x =~ s/4/four/;   # doesn't do it all:
1691                        # $x contains "I batted four for 4"
1692     $x = "I batted 4 for 4";
1693     $x =~ s/4/four/g;  # does it all:
1694                        # $x contains "I batted four for four"
1695
1696 If you prefer 'regex' over 'regexp' in this tutorial, you could use
1697 the following program to replace it:
1698
1699     % cat > simple_replace
1700     #!/usr/bin/perl
1701     $regexp = shift;
1702     $replacement = shift;
1703     while (<>) {
1704         s/$regexp/$replacement/go;
1705         print;
1706     }
1707     ^D
1708
1709     % simple_replace regexp regex perlretut.pod
1710
1711 In C<simple_replace> we used the C<s///g> modifier to replace all
1712 occurrences of the regexp on each line and the C<s///o> modifier to
1713 compile the regexp only once.  As with C<simple_grep>, both the
1714 C<print> and the C<s/$regexp/$replacement/go> use C<$_> implicitly.
1715
1716 A modifier available specifically to search and replace is the
1717 C<s///e> evaluation modifier.  C<s///e> wraps an C<eval{...}> around
1718 the replacement string and the evaluated result is substituted for the
1719 matched substring.  C<s///e> is useful if you need to do a bit of
1720 computation in the process of replacing text.  This example counts
1721 character frequencies in a line:
1722
1723     $x = "Bill the cat";
1724     $x =~ s/(.)/$chars{$1}++;$1/eg;  # final $1 replaces char with itself
1725     print "frequency of '$_' is $chars{$_}\n"
1726         foreach (sort {$chars{$b} <=> $chars{$a}} keys %chars);
1727
1728 This prints
1729
1730     frequency of ' ' is 2
1731     frequency of 't' is 2
1732     frequency of 'l' is 2
1733     frequency of 'B' is 1
1734     frequency of 'c' is 1
1735     frequency of 'e' is 1
1736     frequency of 'h' is 1
1737     frequency of 'i' is 1
1738     frequency of 'a' is 1
1739
1740 As with the match C<m//> operator, C<s///> can use other delimiters,
1741 such as C<s!!!> and C<s{}{}>, and even C<s{}//>.  If single quotes are
1742 used C<s'''>, then the regexp and replacement are treated as single
1743 quoted strings and there are no substitutions.  C<s///> in list context
1744 returns the same thing as in scalar context, i.e., the number of
1745 matches.
1746
1747 =head3 The split function
1748
1749 The C<split()> function is another place where a regexp is used.
1750 C<split /regexp/, string, limit> separates the C<string> operand into 
1751 a list of substrings and returns that list.  The regexp must be designed 
1752 to match whatever constitutes the separators for the desired substrings.
1753 The C<limit>, if present, constrains splitting into no more than C<limit> 
1754 number of strings.  For example, to split a string into words, use
1755
1756     $x = "Calvin and Hobbes";
1757     @words = split /\s+/, $x;  # $word[0] = 'Calvin'
1758                                # $word[1] = 'and'
1759                                # $word[2] = 'Hobbes'
1760
1761 If the empty regexp C<//> is used, the regexp always matches and
1762 the string is split into individual characters.  If the regexp has
1763 groupings, then the resulting list contains the matched substrings from the
1764 groupings as well.  For instance,
1765
1766     $x = "/usr/bin/perl";
1767     @dirs = split m!/!, $x;  # $dirs[0] = ''
1768                              # $dirs[1] = 'usr'
1769                              # $dirs[2] = 'bin'
1770                              # $dirs[3] = 'perl'
1771     @parts = split m!(/)!, $x;  # $parts[0] = ''
1772                                 # $parts[1] = '/'
1773                                 # $parts[2] = 'usr'
1774                                 # $parts[3] = '/'
1775                                 # $parts[4] = 'bin'
1776                                 # $parts[5] = '/'
1777                                 # $parts[6] = 'perl'
1778
1779 Since the first character of $x matched the regexp, C<split> prepended
1780 an empty initial element to the list.
1781
1782 If you have read this far, congratulations! You now have all the basic
1783 tools needed to use regular expressions to solve a wide range of text
1784 processing problems.  If this is your first time through the tutorial,
1785 why not stop here and play around with regexps a while...  S<Part 2>
1786 concerns the more esoteric aspects of regular expressions and those
1787 concepts certainly aren't needed right at the start.
1788
1789 =head1 Part 2: Power tools
1790
1791 OK, you know the basics of regexps and you want to know more.  If
1792 matching regular expressions is analogous to a walk in the woods, then
1793 the tools discussed in Part 1 are analogous to topo maps and a
1794 compass, basic tools we use all the time.  Most of the tools in part 2
1795 are analogous to flare guns and satellite phones.  They aren't used
1796 too often on a hike, but when we are stuck, they can be invaluable.
1797
1798 What follows are the more advanced, less used, or sometimes esoteric
1799 capabilities of Perl regexps.  In Part 2, we will assume you are
1800 comfortable with the basics and concentrate on the new features.
1801
1802 =head2 More on characters, strings, and character classes
1803
1804 There are a number of escape sequences and character classes that we
1805 haven't covered yet.
1806
1807 There are several escape sequences that convert characters or strings
1808 between upper and lower case, and they are also available within
1809 patterns.  C<\l> and C<\u> convert the next character to lower or 
1810 upper case, respectively:
1811
1812     $x = "perl";
1813     $string =~ /\u$x/;  # matches 'Perl' in $string
1814     $x = "M(rs?|s)\\."; # note the double backslash
1815     $string =~ /\l$x/;  # matches 'mr.', 'mrs.', and 'ms.',
1816
1817 A C<\L> or C<\U> indicates a lasting conversion of case, until
1818 terminated by C<\E> or thrown over by another C<\U> or C<\L>:
1819
1820     $x = "This word is in lower case:\L SHOUT\E";
1821     $x =~ /shout/;       # matches
1822     $x = "I STILL KEYPUNCH CARDS FOR MY 360"
1823     $x =~ /\Ukeypunch/;  # matches punch card string
1824
1825 If there is no C<\E>, case is converted until the end of the
1826 string. The regexps C<\L\u$word> or C<\u\L$word> convert the first
1827 character of C<$word> to uppercase and the rest of the characters to
1828 lowercase.
1829
1830 Control characters can be escaped with C<\c>, so that a control-Z
1831 character would be matched with C<\cZ>.  The escape sequence
1832 C<\Q>...C<\E> quotes, or protects most non-alphabetic characters.   For
1833 instance,
1834
1835     $x = "\QThat !^*&%~& cat!";
1836     $x =~ /\Q!^*&%~&\E/;  # check for rough language
1837
1838 It does not protect C<$> or C<@>, so that variables can still be
1839 substituted.
1840
1841 With the advent of 5.6.0, Perl regexps can handle more than just the
1842 standard ASCII character set.  Perl now supports I<Unicode>, a standard
1843 for representing the alphabets from virtually all of the world's written
1844 languages, and a host of symbols.  Perl's text strings are unicode strings, so
1845 they can contain characters with a value (codepoint or character number) higher
1846 than 255
1847
1848 What does this mean for regexps? Well, regexp users don't need to know
1849 much about Perl's internal representation of strings.  But they do need
1850 to know 1) how to represent Unicode characters in a regexp and 2) that
1851 a matching operation will treat the string to be searched as a sequence
1852 of characters, not bytes.  The answer to 1) is that Unicode characters
1853 greater than C<chr(255)> are represented using the C<\x{hex}> notation,
1854 because the \0 octal and \x hex (without curly braces) don't go further
1855 than 255.
1856
1857     /\x{263a}/;  # match a Unicode smiley face :)
1858
1859 B<NOTE>: In Perl 5.6.0 it used to be that one needed to say C<use
1860 utf8> to use any Unicode features.  This is no more the case: for
1861 almost all Unicode processing, the explicit C<utf8> pragma is not
1862 needed.  (The only case where it matters is if your Perl script is in
1863 Unicode and encoded in UTF-8, then an explicit C<use utf8> is needed.)
1864
1865 Figuring out the hexadecimal sequence of a Unicode character you want
1866 or deciphering someone else's hexadecimal Unicode regexp is about as
1867 much fun as programming in machine code.  So another way to specify
1868 Unicode characters is to use the I<named character>> escape
1869 sequence C<\N{name}>.  C<name> is a name for the Unicode character, as
1870 specified in the Unicode standard.  For instance, if we wanted to
1871 represent or match the astrological sign for the planet Mercury, we
1872 could use
1873
1874     use charnames ":full"; # use named chars with Unicode full names
1875     $x = "abc\N{MERCURY}def";
1876     $x =~ /\N{MERCURY}/;   # matches
1877
1878 One can also use short names or restrict names to a certain alphabet:
1879
1880     use charnames ':full';
1881     print "\N{GREEK SMALL LETTER SIGMA} is called sigma.\n";
1882
1883     use charnames ":short";
1884     print "\N{greek:Sigma} is an upper-case sigma.\n";
1885
1886     use charnames qw(greek);
1887     print "\N{sigma} is Greek sigma\n";
1888
1889 A list of full names is found in the file NamesList.txt in the
1890 lib/perl5/X.X.X/unicore directory (where X.X.X is the perl
1891 version number as it is installed on your system).
1892
1893 The answer to requirement 2), as of 5.6.0, is that a regexp uses unicode
1894 characters. Internally, this is encoded to bytes using either UTF-8 or a
1895 native 8 bit encoding, depending on the history of the string, but
1896 conceptually it is a sequence of characters, not bytes. See
1897 L<perlunitut> for a tutorial about that.
1898
1899 Let us now discuss Unicode character classes.  Just as with Unicode
1900 characters, there are named Unicode character classes represented by the
1901 C<\p{name}> escape sequence.  Closely associated is the C<\P{name}>
1902 character class, which is the negation of the C<\p{name}> class.  For
1903 example, to match lower and uppercase characters,
1904
1905     use charnames ":full"; # use named chars with Unicode full names
1906     $x = "BOB";
1907     $x =~ /^\p{IsUpper}/;   # matches, uppercase char class
1908     $x =~ /^\P{IsUpper}/;   # doesn't match, char class sans uppercase
1909     $x =~ /^\p{IsLower}/;   # doesn't match, lowercase char class
1910     $x =~ /^\P{IsLower}/;   # matches, char class sans lowercase
1911
1912 Here is the association between some Perl named classes and the
1913 traditional Unicode classes:
1914
1915     Perl class name  Unicode class name or regular expression
1916
1917     IsAlpha          /^[LM]/
1918     IsAlnum          /^[LMN]/
1919     IsASCII          $code <= 127
1920     IsCntrl          /^C/
1921     IsBlank          $code =~ /^(0020|0009)$/ || /^Z[^lp]/
1922     IsDigit          Nd
1923     IsGraph          /^([LMNPS]|Co)/
1924     IsLower          Ll
1925     IsPrint          /^([LMNPS]|Co|Zs)/
1926     IsPunct          /^P/
1927     IsSpace          /^Z/ || ($code =~ /^(0009|000A|000B|000C|000D)$/
1928     IsSpacePerl      /^Z/ || ($code =~ /^(0009|000A|000C|000D|0085|2028|2029)$/
1929     IsUpper          /^L[ut]/
1930     IsWord           /^[LMN]/ || $code eq "005F"
1931     IsXDigit         $code =~ /^00(3[0-9]|[46][1-6])$/
1932
1933 You can also use the official Unicode class names with the C<\p> and
1934 C<\P>, like C<\p{L}> for Unicode 'letters', or C<\p{Lu}> for uppercase
1935 letters, or C<\P{Nd}> for non-digits.  If a C<name> is just one
1936 letter, the braces can be dropped.  For instance, C<\pM> is the
1937 character class of Unicode 'marks', for example accent marks.
1938 For the full list see L<perlunicode>.
1939
1940 The Unicode has also been separated into various sets of characters
1941 which you can test with C<\p{...}> (in) and C<\P{...}> (not in).
1942 To test whether a character is (or is not) an element of a script
1943 you would use the script name, for example C<\p{Latin}>, C<\p{Greek}>, 
1944 or C<\P{Katakana}>. Other sets are the Unicode blocks, the names
1945 of which begin with "In". One such block is dedicated to mathematical
1946 operators, and its pattern formula is <C\p{InMathematicalOperators>}>.
1947 For the full list see L<perlunicode>.
1948
1949 C<\X> is an abbreviation for a character class that comprises
1950 the Unicode I<combining character sequences>.  A combining character
1951 sequence is a base character followed by any number of diacritics, i.e.,
1952 signs like accents used to indicate different sounds of a letter. Using
1953 the Unicode full names, e.g., S<C<A + COMBINING RING>> is a combining
1954 character sequence with base character C<A> and combining character
1955 S<C<COMBINING RING>>, which translates in Danish to A with the circle
1956 atop it, as in the word Angstrom.  C<\X> is equivalent to C<\PM\pM*}>,
1957 i.e., a non-mark followed by one or more marks.
1958
1959 For the full and latest information about Unicode see the latest
1960 Unicode standard, or the Unicode Consortium's website http://www.unicode.org/
1961
1962 As if all those classes weren't enough, Perl also defines POSIX style
1963 character classes.  These have the form C<[:name:]>, with C<name> the
1964 name of the POSIX class.  The POSIX classes are C<alpha>, C<alnum>,
1965 C<ascii>, C<cntrl>, C<digit>, C<graph>, C<lower>, C<print>, C<punct>,
1966 C<space>, C<upper>, and C<xdigit>, and two extensions, C<word> (a Perl
1967 extension to match C<\w>), and C<blank> (a GNU extension).  If C<utf8>
1968 is being used, then these classes are defined the same as their
1969 corresponding Perl Unicode classes: C<[:upper:]> is the same as
1970 C<\p{IsUpper}>, etc.  The POSIX character classes, however, don't
1971 require using C<utf8>.  The C<[:digit:]>, C<[:word:]>, and
1972 C<[:space:]> correspond to the familiar C<\d>, C<\w>, and C<\s>
1973 character classes.  To negate a POSIX class, put a C<^> in front of
1974 the name, so that, e.g., C<[:^digit:]> corresponds to C<\D> and under
1975 C<utf8>, C<\P{IsDigit}>.  The Unicode and POSIX character classes can
1976 be used just like C<\d>, with the exception that POSIX character
1977 classes can only be used inside of a character class:
1978
1979     /\s+[abc[:digit:]xyz]\s*/;  # match a,b,c,x,y,z, or a digit
1980     /^=item\s[[:digit:]]/;      # match '=item',
1981                                 # followed by a space and a digit
1982     use charnames ":full";
1983     /\s+[abc\p{IsDigit}xyz]\s+/;  # match a,b,c,x,y,z, or a digit
1984     /^=item\s\p{IsDigit}/;        # match '=item',
1985                                   # followed by a space and a digit
1986
1987 Whew! That is all the rest of the characters and character classes.
1988
1989 =head2 Compiling and saving regular expressions
1990
1991 In Part 1 we discussed the C<//o> modifier, which compiles a regexp
1992 just once.  This suggests that a compiled regexp is some data structure
1993 that can be stored once and used again and again.  The regexp quote
1994 C<qr//> does exactly that: C<qr/string/> compiles the C<string> as a
1995 regexp and transforms the result into a form that can be assigned to a
1996 variable:
1997
1998     $reg = qr/foo+bar?/;  # reg contains a compiled regexp
1999
2000 Then C<$reg> can be used as a regexp:
2001
2002     $x = "fooooba";
2003     $x =~ $reg;     # matches, just like /foo+bar?/
2004     $x =~ /$reg/;   # same thing, alternate form
2005
2006 C<$reg> can also be interpolated into a larger regexp:
2007
2008     $x =~ /(abc)?$reg/;  # still matches
2009
2010 As with the matching operator, the regexp quote can use different
2011 delimiters, e.g., C<qr!!>, C<qr{}> or C<qr~~>.  Apostrophes
2012 as delimiters (C<qr''>) inhibit any interpolation.
2013
2014 Pre-compiled regexps are useful for creating dynamic matches that
2015 don't need to be recompiled each time they are encountered.  Using
2016 pre-compiled regexps, we write a C<grep_step> program which greps
2017 for a sequence of patterns, advancing to the next pattern as soon
2018 as one has been satisfied.
2019
2020     % cat > grep_step
2021     #!/usr/bin/perl
2022     # grep_step - match <number> regexps, one after the other
2023     # usage: multi_grep <number> regexp1 regexp2 ... file1 file2 ...
2024
2025     $number = shift;
2026     $regexp[$_] = shift foreach (0..$number-1);
2027     @compiled = map qr/$_/, @regexp;
2028     while ($line = <>) {
2029         if ($line =~ /$compiled[0]/) {
2030             print $line;
2031             shift @compiled;
2032             last unless @compiled;
2033         }
2034     }
2035     ^D
2036
2037     % grep_step 3 shift print last grep_step
2038     $number = shift;
2039             print $line;
2040             last unless @compiled;
2041
2042 Storing pre-compiled regexps in an array C<@compiled> allows us to
2043 simply loop through the regexps without any recompilation, thus gaining
2044 flexibility without sacrificing speed.
2045
2046
2047 =head2 Composing regular expressions at runtime
2048
2049 Backtracking is more efficient than repeated tries with different regular
2050 expressions.  If there are several regular expressions and a match with
2051 any of them is acceptable, then it is possible to combine them into a set 
2052 of alternatives.  If the individual expressions are input data, this
2053 can be done by programming a join operation.  We'll exploit this idea in 
2054 an improved version of the C<simple_grep> program: a program that matches 
2055 multiple patterns:
2056
2057     % cat > multi_grep
2058     #!/usr/bin/perl
2059     # multi_grep - match any of <number> regexps
2060     # usage: multi_grep <number> regexp1 regexp2 ... file1 file2 ...
2061
2062     $number = shift;
2063     $regexp[$_] = shift foreach (0..$number-1);
2064     $pattern = join '|', @regexp;
2065
2066     while ($line = <>) {
2067         print $line if $line =~ /$pattern/o;
2068     }
2069     ^D
2070
2071     % multi_grep 2 shift for multi_grep
2072     $number = shift;
2073     $regexp[$_] = shift foreach (0..$number-1);
2074
2075 Sometimes it is advantageous to construct a pattern from the I<input>
2076 that is to be analyzed and use the permissible values on the left
2077 hand side of the matching operations.  As an example for this somewhat
2078 paradoxical situation, let's assume that our input contains a command 
2079 verb which should match one out of a set of available command verbs,
2080 with the additional twist that commands may be abbreviated as long as 
2081 the given string is unique. The program below demonstrates the basic
2082 algorithm.
2083
2084     % cat > keymatch
2085     #!/usr/bin/perl
2086     $kwds = 'copy compare list print';
2087     while( $command = <> ){
2088         $command =~ s/^\s+|\s+$//g;  # trim leading and trailing spaces
2089         if( ( @matches = $kwds =~ /\b$command\w*/g ) == 1 ){
2090             print "command: '$matches'\n";
2091         } elsif( @matches == 0 ){
2092             print "no such command: '$command'\n";
2093         } else {
2094             print "not unique: '$command' (could be one of: @matches)\n";
2095         }
2096     }
2097     ^D
2098
2099     % keymatch
2100     li
2101     command: 'list'
2102     co
2103     not unique: 'co' (could be one of: copy compare)
2104     printer
2105     no such command: 'printer'
2106
2107 Rather than trying to match the input against the keywords, we match the
2108 combined set of keywords against the input.  The pattern matching
2109 operation S<C<$kwds =~ /\b($command\w*)/g>> does several things at the 
2110 same time. It makes sure that the given command begins where a keyword 
2111 begins (C<\b>). It tolerates abbreviations due to the added C<\w*>. It 
2112 tells us the number of matches (C<scalar @matches>) and all the keywords 
2113 that were actually matched.  You could hardly ask for more.
2114  
2115
2116 =head2 Embedding comments and modifiers in a regular expression
2117
2118 Starting with this section, we will be discussing Perl's set of
2119 I<extended patterns>.  These are extensions to the traditional regular
2120 expression syntax that provide powerful new tools for pattern
2121 matching.  We have already seen extensions in the form of the minimal
2122 matching constructs C<??>, C<*?>, C<+?>, C<{n,m}?>, and C<{n,}?>.  The
2123 rest of the extensions below have the form C<(?char...)>, where the
2124 C<char> is a character that determines the type of extension.
2125
2126 The first extension is an embedded comment C<(?#text)>.  This embeds a
2127 comment into the regular expression without affecting its meaning.  The
2128 comment should not have any closing parentheses in the text.  An
2129 example is
2130
2131     /(?# Match an integer:)[+-]?\d+/;
2132
2133 This style of commenting has been largely superseded by the raw,
2134 freeform commenting that is allowed with the C<//x> modifier.
2135
2136 The modifiers C<//i>, C<//m>, C<//s>, C<//x> and C<//k> (or any 
2137 combination thereof) can also embedded in
2138 a regexp using C<(?i)>, C<(?m)>, C<(?s)>, and C<(?x)>.  For instance,
2139
2140     /(?i)yes/;  # match 'yes' case insensitively
2141     /yes/i;     # same thing
2142     /(?x)(          # freeform version of an integer regexp
2143              [+-]?  # match an optional sign
2144              \d+    # match a sequence of digits
2145          )
2146     /x;
2147
2148 Embedded modifiers can have two important advantages over the usual
2149 modifiers.  Embedded modifiers allow a custom set of modifiers to
2150 I<each> regexp pattern.  This is great for matching an array of regexps
2151 that must have different modifiers:
2152
2153     $pattern[0] = '(?i)doctor';
2154     $pattern[1] = 'Johnson';
2155     ...
2156     while (<>) {
2157         foreach $patt (@pattern) {
2158             print if /$patt/;
2159         }
2160     }
2161
2162 The second advantage is that embedded modifiers (except C<//k>, which
2163 modifies the entire regexp) only affect the regexp
2164 inside the group the embedded modifier is contained in.  So grouping
2165 can be used to localize the modifier's effects:
2166
2167     /Answer: ((?i)yes)/;  # matches 'Answer: yes', 'Answer: YES', etc.
2168
2169 Embedded modifiers can also turn off any modifiers already present
2170 by using, e.g., C<(?-i)>.  Modifiers can also be combined into
2171 a single expression, e.g., C<(?s-i)> turns on single line mode and
2172 turns off case insensitivity.
2173
2174 Embedded modifiers may also be added to a non-capturing grouping.
2175 C<(?i-m:regexp)> is a non-capturing grouping that matches C<regexp>
2176 case insensitively and turns off multi-line mode.
2177
2178
2179 =head2 Looking ahead and looking behind
2180
2181 This section concerns the lookahead and lookbehind assertions.  First,
2182 a little background.
2183
2184 In Perl regular expressions, most regexp elements 'eat up' a certain
2185 amount of string when they match.  For instance, the regexp element
2186 C<[abc}]> eats up one character of the string when it matches, in the
2187 sense that Perl moves to the next character position in the string
2188 after the match.  There are some elements, however, that don't eat up
2189 characters (advance the character position) if they match.  The examples
2190 we have seen so far are the anchors.  The anchor C<^> matches the
2191 beginning of the line, but doesn't eat any characters.  Similarly, the
2192 word boundary anchor C<\b> matches wherever a character matching C<\w>
2193 is next to a character that doesn't, but it doesn't eat up any 
2194 characters itself.  Anchors are examples of I<zero-width assertions>.
2195 Zero-width, because they consume
2196 no characters, and assertions, because they test some property of the
2197 string.  In the context of our walk in the woods analogy to regexp
2198 matching, most regexp elements move us along a trail, but anchors have
2199 us stop a moment and check our surroundings.  If the local environment
2200 checks out, we can proceed forward.  But if the local environment
2201 doesn't satisfy us, we must backtrack.
2202
2203 Checking the environment entails either looking ahead on the trail,
2204 looking behind, or both.  C<^> looks behind, to see that there are no
2205 characters before.  C<$> looks ahead, to see that there are no
2206 characters after.  C<\b> looks both ahead and behind, to see if the
2207 characters on either side differ in their "word-ness".
2208
2209 The lookahead and lookbehind assertions are generalizations of the
2210 anchor concept.  Lookahead and lookbehind are zero-width assertions
2211 that let us specify which characters we want to test for.  The
2212 lookahead assertion is denoted by C<(?=regexp)> and the lookbehind
2213 assertion is denoted by C<< (?<=fixed-regexp) >>.  Some examples are
2214
2215     $x = "I catch the housecat 'Tom-cat' with catnip";
2216     $x =~ /cat(?=\s)/;   # matches 'cat' in 'housecat'
2217     @catwords = ($x =~ /(?<=\s)cat\w+/g);  # matches,
2218                                            # $catwords[0] = 'catch'
2219                                            # $catwords[1] = 'catnip'
2220     $x =~ /\bcat\b/;  # matches 'cat' in 'Tom-cat'
2221     $x =~ /(?<=\s)cat(?=\s)/; # doesn't match; no isolated 'cat' in
2222                               # middle of $x
2223
2224 Note that the parentheses in C<(?=regexp)> and C<< (?<=regexp) >> are
2225 non-capturing, since these are zero-width assertions.  Thus in the
2226 second regexp, the substrings captured are those of the whole regexp
2227 itself.  Lookahead C<(?=regexp)> can match arbitrary regexps, but
2228 lookbehind C<< (?<=fixed-regexp) >> only works for regexps of fixed
2229 width, i.e., a fixed number of characters long.  Thus
2230 C<< (?<=(ab|bc)) >> is fine, but C<< (?<=(ab)*) >> is not.  The
2231 negated versions of the lookahead and lookbehind assertions are
2232 denoted by C<(?!regexp)> and C<< (?<!fixed-regexp) >> respectively.
2233 They evaluate true if the regexps do I<not> match:
2234
2235     $x = "foobar";
2236     $x =~ /foo(?!bar)/;  # doesn't match, 'bar' follows 'foo'
2237     $x =~ /foo(?!baz)/;  # matches, 'baz' doesn't follow 'foo'
2238     $x =~ /(?<!\s)foo/;  # matches, there is no \s before 'foo'
2239
2240 The C<\C> is unsupported in lookbehind, because the already
2241 treacherous definition of C<\C> would become even more so
2242 when going backwards.
2243
2244 Here is an example where a string containing blank-separated words,
2245 numbers and single dashes is to be split into its components.
2246 Using C</\s+/> alone won't work, because spaces are not required between
2247 dashes, or a word or a dash. Additional places for a split are established
2248 by looking ahead and behind:
2249
2250     $str = "one two - --6-8";
2251     @toks = split / \s+              # a run of spaces
2252                   | (?<=\S) (?=-)    # any non-space followed by '-'
2253                   | (?<=-)  (?=\S)   # a '-' followed by any non-space
2254                   /x, $str;          # @toks = qw(one two - - - 6 - 8)
2255
2256
2257 =head2 Using independent subexpressions to prevent backtracking
2258
2259 I<Independent subexpressions> are regular expressions, in the
2260 context of a larger regular expression, that function independently of
2261 the larger regular expression.  That is, they consume as much or as
2262 little of the string as they wish without regard for the ability of
2263 the larger regexp to match.  Independent subexpressions are represented
2264 by C<< (?>regexp) >>.  We can illustrate their behavior by first
2265 considering an ordinary regexp:
2266
2267     $x = "ab";
2268     $x =~ /a*ab/;  # matches
2269
2270 This obviously matches, but in the process of matching, the
2271 subexpression C<a*> first grabbed the C<a>.  Doing so, however,
2272 wouldn't allow the whole regexp to match, so after backtracking, C<a*>
2273 eventually gave back the C<a> and matched the empty string.  Here, what
2274 C<a*> matched was I<dependent> on what the rest of the regexp matched.
2275
2276 Contrast that with an independent subexpression:
2277
2278     $x =~ /(?>a*)ab/;  # doesn't match!
2279
2280 The independent subexpression C<< (?>a*) >> doesn't care about the rest
2281 of the regexp, so it sees an C<a> and grabs it.  Then the rest of the
2282 regexp C<ab> cannot match.  Because C<< (?>a*) >> is independent, there
2283 is no backtracking and the independent subexpression does not give
2284 up its C<a>.  Thus the match of the regexp as a whole fails.  A similar
2285 behavior occurs with completely independent regexps:
2286
2287     $x = "ab";
2288     $x =~ /a*/g;   # matches, eats an 'a'
2289     $x =~ /\Gab/g; # doesn't match, no 'a' available
2290
2291 Here C<//g> and C<\G> create a 'tag team' handoff of the string from
2292 one regexp to the other.  Regexps with an independent subexpression are
2293 much like this, with a handoff of the string to the independent
2294 subexpression, and a handoff of the string back to the enclosing
2295 regexp.
2296
2297 The ability of an independent subexpression to prevent backtracking
2298 can be quite useful.  Suppose we want to match a non-empty string
2299 enclosed in parentheses up to two levels deep.  Then the following
2300 regexp matches:
2301
2302     $x = "abc(de(fg)h";  # unbalanced parentheses
2303     $x =~ /\( ( [^()]+ | \([^()]*\) )+ \)/x;
2304
2305 The regexp matches an open parenthesis, one or more copies of an
2306 alternation, and a close parenthesis.  The alternation is two-way, with
2307 the first alternative C<[^()]+> matching a substring with no
2308 parentheses and the second alternative C<\([^()]*\)>  matching a
2309 substring delimited by parentheses.  The problem with this regexp is
2310 that it is pathological: it has nested indeterminate quantifiers
2311 of the form C<(a+|b)+>.  We discussed in Part 1 how nested quantifiers
2312 like this could take an exponentially long time to execute if there
2313 was no match possible.  To prevent the exponential blowup, we need to
2314 prevent useless backtracking at some point.  This can be done by
2315 enclosing the inner quantifier as an independent subexpression:
2316
2317     $x =~ /\( ( (?>[^()]+) | \([^()]*\) )+ \)/x;
2318
2319 Here, C<< (?>[^()]+) >> breaks the degeneracy of string partitioning
2320 by gobbling up as much of the string as possible and keeping it.   Then
2321 match failures fail much more quickly.
2322
2323
2324 =head2 Conditional expressions
2325
2326 A I<conditional expression> is a form of if-then-else statement
2327 that allows one to choose which patterns are to be matched, based on
2328 some condition.  There are two types of conditional expression:
2329 C<(?(condition)yes-regexp)> and
2330 C<(?(condition)yes-regexp|no-regexp)>.  C<(?(condition)yes-regexp)> is
2331 like an S<C<'if () {}'>> statement in Perl.  If the C<condition> is true,
2332 the C<yes-regexp> will be matched.  If the C<condition> is false, the
2333 C<yes-regexp> will be skipped and Perl will move onto the next regexp
2334 element.  The second form is like an S<C<'if () {} else {}'>> statement
2335 in Perl.  If the C<condition> is true, the C<yes-regexp> will be
2336 matched, otherwise the C<no-regexp> will be matched.
2337
2338 The C<condition> can have several forms.  The first form is simply an
2339 integer in parentheses C<(integer)>.  It is true if the corresponding
2340 backreference C<\integer> matched earlier in the regexp.  The same
2341 thing can be done with a name associated with a capture buffer, written
2342 as C<< (<name>) >> or C<< ('name') >>.  The second form is a bare
2343 zero width assertion C<(?...)>, either a lookahead, a lookbehind, or a 
2344 code assertion (discussed in the next section).  The third set of forms
2345 provides tests that return true if the expression is executed within
2346 a recursion (C<(R)>) or is being called from some capturing group,
2347 referenced either by number (C<(R1)>, C<(R2)>,...) or by name
2348 (C<(R&name)>).
2349
2350 The integer or name form of the C<condition> allows us to choose,
2351 with more flexibility, what to match based on what matched earlier in the
2352 regexp. This searches for words of the form C<"$x$x"> or C<"$x$y$y$x">:
2353
2354     % simple_grep '^(\w+)(\w+)?(?(2)\2\1|\1)$' /usr/dict/words
2355     beriberi
2356     coco
2357     couscous
2358     deed
2359     ...
2360     toot
2361     toto
2362     tutu
2363
2364 The lookbehind C<condition> allows, along with backreferences,
2365 an earlier part of the match to influence a later part of the
2366 match.  For instance,
2367
2368     /[ATGC]+(?(?<=AA)G|C)$/;
2369
2370 matches a DNA sequence such that it either ends in C<AAG>, or some
2371 other base pair combination and C<C>.  Note that the form is
2372 C<< (?(?<=AA)G|C) >> and not C<< (?((?<=AA))G|C) >>; for the
2373 lookahead, lookbehind or code assertions, the parentheses around the
2374 conditional are not needed.
2375
2376
2377 =head2 Defining named patterns
2378
2379 Some regular expressions use identical subpatterns in several places.
2380 Starting with Perl 5.10, it is possible to define named subpatterns in
2381 a section of the pattern so that they can be called up by name
2382 anywhere in the pattern.  This syntactic pattern for this definition
2383 group is C<< (?(DEFINE)(?<name>pattern)...) >>.  An insertion
2384 of a named pattern is written as C<(?&name)>.
2385
2386 The example below illustrates this feature using the pattern for
2387 floating point numbers that was presented earlier on.  The three
2388 subpatterns that are used more than once are the optional sign, the
2389 digit sequence for an integer and the decimal fraction.  The DEFINE
2390 group at the end of the pattern contains their definition.  Notice
2391 that the decimal fraction pattern is the first place where we can
2392 reuse the integer pattern.
2393
2394    /^ (?&osg)\ * ( (?&int)(?&dec)? | (?&dec) ) 
2395       (?: [eE](?&osg)(?&int) )?
2396     $
2397     (?(DEFINE)
2398       (?<osg>[-+]?)         # optional sign
2399       (?<int>\d++)          # integer
2400       (?<dec>\.(?&int))     # decimal fraction
2401     )/x
2402
2403
2404 =head2 Recursive patterns
2405
2406 This feature (introduced in Perl 5.10) significantly extends the
2407 power of Perl's pattern matching.  By referring to some other
2408 capture group anywhere in the pattern with the construct
2409 C<(?group-ref)>, the I<pattern> within the referenced group is used 
2410 as an independent subpattern in place of the group reference itself.
2411 Because the group reference may be contained I<within> the group it
2412 refers to, it is now possible to apply pattern matching to tasks that
2413 hitherto required a recursive parser.
2414
2415 To illustrate this feature, we'll design a pattern that matches if
2416 a string contains a palindrome. (This is a word or a sentence that,
2417 while ignoring spaces, interpunctuation and case, reads the same backwards
2418 as forwards. We begin by observing that the empty string or a string
2419 containing just one word character is a palindrome. Otherwise it must
2420 have a word character up front and the same at its end, with another
2421 palindrome in between.
2422
2423     /(?: (\w) (?...Here be a palindrome...) \{-1} | \w? )/x
2424
2425 Adding C<\W*> at either end to eliminate was is to be ignored, we already
2426 have the full pattern:
2427
2428     my $pp = qr/^(\W* (?: (\w) (?1) \g{-1} | \w? ) \W*)$/ix;
2429     for $s ( "saippuakauppias", "A man, a plan, a canal: Panama!" ){
2430         print "'$s' is a palindrome\n" if $s =~ /$pp/;
2431     }
2432
2433 In C<(?...)> both absolute and relative backreferences may be used.
2434 The entire pattern can be reinserted with C<(?R)> or C<(?0)>.
2435 If you prefer to name your buffers, you can use C<(?&name)> to
2436 recurse into that buffer.
2437
2438
2439 =head2 A bit of magic: executing Perl code in a regular expression
2440
2441 Normally, regexps are a part of Perl expressions.
2442 I<Code evaluation> expressions turn that around by allowing
2443 arbitrary Perl code to be a part of a regexp.  A code evaluation
2444 expression is denoted C<(?{code})>, with I<code> a string of Perl
2445 statements.
2446
2447 Be warned that this feature is considered experimental, and may be 
2448 changed without notice.
2449
2450 Code expressions are zero-width assertions, and the value they return
2451 depends on their environment.  There are two possibilities: either the
2452 code expression is used as a conditional in a conditional expression
2453 C<(?(condition)...)>, or it is not.  If the code expression is a
2454 conditional, the code is evaluated and the result (i.e., the result of
2455 the last statement) is used to determine truth or falsehood.  If the
2456 code expression is not used as a conditional, the assertion always
2457 evaluates true and the result is put into the special variable
2458 C<$^R>.  The variable C<$^R> can then be used in code expressions later
2459 in the regexp.  Here are some silly examples:
2460
2461     $x = "abcdef";
2462     $x =~ /abc(?{print "Hi Mom!";})def/; # matches,
2463                                          # prints 'Hi Mom!'
2464     $x =~ /aaa(?{print "Hi Mom!";})def/; # doesn't match,
2465                                          # no 'Hi Mom!'
2466
2467 Pay careful attention to the next example:
2468
2469     $x =~ /abc(?{print "Hi Mom!";})ddd/; # doesn't match,
2470                                          # no 'Hi Mom!'
2471                                          # but why not?
2472
2473 At first glance, you'd think that it shouldn't print, because obviously
2474 the C<ddd> isn't going to match the target string. But look at this
2475 example:
2476
2477     $x =~ /abc(?{print "Hi Mom!";})[d]dd/; # doesn't match,
2478                                            # but _does_ print
2479
2480 Hmm. What happened here? If you've been following along, you know that
2481 the above pattern should be effectively the same as the last one --
2482 enclosing the d in a character class isn't going to change what it
2483 matches. So why does the first not print while the second one does?
2484
2485 The answer lies in the optimizations the regex engine makes. In the first
2486 case, all the engine sees are plain old characters (aside from the
2487 C<?{}> construct). It's smart enough to realize that the string 'ddd'
2488 doesn't occur in our target string before actually running the pattern
2489 through. But in the second case, we've tricked it into thinking that our
2490 pattern is more complicated than it is. It takes a look, sees our
2491 character class, and decides that it will have to actually run the
2492 pattern to determine whether or not it matches, and in the process of
2493 running it hits the print statement before it discovers that we don't
2494 have a match.
2495
2496 To take a closer look at how the engine does optimizations, see the
2497 section L<"Pragmas and debugging"> below.
2498
2499 More fun with C<?{}>:
2500
2501     $x =~ /(?{print "Hi Mom!";})/;       # matches,
2502                                          # prints 'Hi Mom!'
2503     $x =~ /(?{$c = 1;})(?{print "$c";})/;  # matches,
2504                                            # prints '1'
2505     $x =~ /(?{$c = 1;})(?{print "$^R";})/; # matches,
2506                                            # prints '1'
2507
2508 The bit of magic mentioned in the section title occurs when the regexp
2509 backtracks in the process of searching for a match.  If the regexp
2510 backtracks over a code expression and if the variables used within are
2511 localized using C<local>, the changes in the variables produced by the
2512 code expression are undone! Thus, if we wanted to count how many times
2513 a character got matched inside a group, we could use, e.g.,
2514
2515     $x = "aaaa";
2516     $count = 0;  # initialize 'a' count
2517     $c = "bob";  # test if $c gets clobbered
2518     $x =~ /(?{local $c = 0;})         # initialize count
2519            ( a                        # match 'a'
2520              (?{local $c = $c + 1;})  # increment count
2521            )*                         # do this any number of times,
2522            aa                         # but match 'aa' at the end
2523            (?{$count = $c;})          # copy local $c var into $count
2524           /x;
2525     print "'a' count is $count, \$c variable is '$c'\n";
2526
2527 This prints
2528
2529     'a' count is 2, $c variable is 'bob'
2530
2531 If we replace the S<C< (?{local $c = $c + 1;})>> with
2532 S<C< (?{$c = $c + 1;})>>, the variable changes are I<not> undone
2533 during backtracking, and we get
2534
2535     'a' count is 4, $c variable is 'bob'
2536
2537 Note that only localized variable changes are undone.  Other side
2538 effects of code expression execution are permanent.  Thus
2539
2540     $x = "aaaa";
2541     $x =~ /(a(?{print "Yow\n";}))*aa/;
2542
2543 produces
2544
2545    Yow
2546    Yow
2547    Yow
2548    Yow
2549
2550 The result C<$^R> is automatically localized, so that it will behave
2551 properly in the presence of backtracking.
2552
2553 This example uses a code expression in a conditional to match a
2554 definite article, either 'the' in English or 'der|die|das' in German:
2555
2556     $lang = 'DE';  # use German
2557     ...
2558     $text = "das";
2559     print "matched\n"
2560         if $text =~ /(?(?{
2561                           $lang eq 'EN'; # is the language English?
2562                          })
2563                        the |             # if so, then match 'the'
2564                        (der|die|das)     # else, match 'der|die|das'
2565                      )
2566                     /xi;
2567
2568 Note that the syntax here is C<(?(?{...})yes-regexp|no-regexp)>, not
2569 C<(?((?{...}))yes-regexp|no-regexp)>.  In other words, in the case of a
2570 code expression, we don't need the extra parentheses around the
2571 conditional.
2572
2573 If you try to use code expressions with interpolating variables, Perl
2574 may surprise you:
2575
2576     $bar = 5;
2577     $pat = '(?{ 1 })';
2578     /foo(?{ $bar })bar/; # compiles ok, $bar not interpolated
2579     /foo(?{ 1 })$bar/;   # compile error!
2580     /foo${pat}bar/;      # compile error!
2581
2582     $pat = qr/(?{ $foo = 1 })/;  # precompile code regexp
2583     /foo${pat}bar/;      # compiles ok
2584
2585 If a regexp has (1) code expressions and interpolating variables, or
2586 (2) a variable that interpolates a code expression, Perl treats the
2587 regexp as an error. If the code expression is precompiled into a
2588 variable, however, interpolating is ok. The question is, why is this
2589 an error?
2590
2591 The reason is that variable interpolation and code expressions
2592 together pose a security risk.  The combination is dangerous because
2593 many programmers who write search engines often take user input and
2594 plug it directly into a regexp:
2595
2596     $regexp = <>;       # read user-supplied regexp
2597     $chomp $regexp;     # get rid of possible newline
2598     $text =~ /$regexp/; # search $text for the $regexp
2599
2600 If the C<$regexp> variable contains a code expression, the user could
2601 then execute arbitrary Perl code.  For instance, some joker could
2602 search for S<C<system('rm -rf *');>> to erase your files.  In this
2603 sense, the combination of interpolation and code expressions I<taints>
2604 your regexp.  So by default, using both interpolation and code
2605 expressions in the same regexp is not allowed.  If you're not
2606 concerned about malicious users, it is possible to bypass this
2607 security check by invoking S<C<use re 'eval'>>:
2608
2609     use re 'eval';       # throw caution out the door
2610     $bar = 5;
2611     $pat = '(?{ 1 })';
2612     /foo(?{ 1 })$bar/;   # compiles ok
2613     /foo${pat}bar/;      # compiles ok
2614
2615 Another form of code expression is the I<pattern code expression>.
2616 The pattern code expression is like a regular code expression, except
2617 that the result of the code evaluation is treated as a regular
2618 expression and matched immediately.  A simple example is
2619
2620     $length = 5;
2621     $char = 'a';
2622     $x = 'aaaaabb';
2623     $x =~ /(??{$char x $length})/x; # matches, there are 5 of 'a'
2624
2625
2626 This final example contains both ordinary and pattern code
2627 expressions.  It detects whether a binary string C<1101010010001...> has a
2628 Fibonacci spacing 0,1,1,2,3,5,...  of the C<1>'s:
2629
2630     $x = "1101010010001000001";
2631     $z0 = ''; $z1 = '0';   # initial conditions
2632     print "It is a Fibonacci sequence\n"
2633         if $x =~ /^1         # match an initial '1'
2634                     (?:
2635                        ((??{ $z0 })) # match some '0'
2636                        1             # and then a '1'
2637                        (?{ $z0 = $z1; $z1 .= $^N; })
2638                     )+   # repeat as needed
2639                   $      # that is all there is
2640                  /x;
2641     printf "Largest sequence matched was %d\n", length($z1)-length($z0);
2642
2643 Remember that C<$^N> is set to whatever was matched by the last
2644 completed capture group. This prints
2645
2646     It is a Fibonacci sequence
2647     Largest sequence matched was 5
2648
2649 Ha! Try that with your garden variety regexp package...
2650
2651 Note that the variables C<$z0> and C<$z1> are not substituted when the
2652 regexp is compiled, as happens for ordinary variables outside a code
2653 expression.  Rather, the code expressions are evaluated when Perl
2654 encounters them during the search for a match.
2655
2656 The regexp without the C<//x> modifier is
2657
2658     /^1(?:((??{ $z0 }))1(?{ $z0 = $z1; $z1 .= $^N; }))+$/
2659
2660 which shows that spaces are still possible in the code parts. Nevertheless,
2661 when working with code and conditional expressions, the extended form of 
2662 regexps is almost necessary in creating and debugging regexps.
2663
2664
2665 =head2 Backtracking control verbs
2666
2667 Perl 5.10 introduced a number of control verbs intended to provide
2668 detailed control over the backtracking process, by directly influencing
2669 the regexp engine and by providing monitoring techniques.  As all
2670 the features in this group are experimental and subject to change or
2671 removal in a future version of Perl, the interested reader is
2672 referred to L<perlre/"Special Backtracking Control Verbs"> for a
2673 detailed description.
2674
2675 Below is just one example, illustrating the control verb C<(*FAIL)>,
2676 which may be abbreviated as C<(*F)>. If this is inserted in a regexp
2677 it will cause to fail, just like at some mismatch between the pattern
2678 and the string. Processing of the regexp continues like after any "normal"
2679 failure, so that, for instance, the next position in the string or another 
2680 alternative will be tried. As failing to match doesn't preserve capture 
2681 buffers or produce results, it may be necessary to use this in 
2682 combination with embedded code.
2683
2684    %count = ();
2685    "supercalifragilisticexpialidoceous" =~
2686        /([aeiou])(?{ $count{$1}++; })(*FAIL)/oi;
2687    printf "%3d '%s'\n", $count{$_}, $_ for (sort keys %count);
2688
2689 The pattern begins with a class matching a subset of letters.  Whenever 
2690 this matches, a statement like C<$count{'a'}++;> is executed, incrementing 
2691 the letter's counter. Then C<(*FAIL)> does what it says, and 
2692 the regexp  engine proceeds according to the book: as long as the end of 
2693 the string  hasn't been reached, the position is advanced before looking 
2694 for another vowel. Thus, match or no match makes no difference, and the
2695 regexp engine proceeds until the the entire string has been inspected.
2696 (It's remarkable that an alternative solution using something like
2697
2698    $count{lc($_)}++ for split('', "supercalifragilisticexpialidoceous");
2699    printf "%3d '%s'\n", $count2{$_}, $_ for ( qw{ a e i o u } );
2700
2701 is considerably slower.)
2702
2703
2704 =head2 Pragmas and debugging
2705
2706 Speaking of debugging, there are several pragmas available to control
2707 and debug regexps in Perl.  We have already encountered one pragma in
2708 the previous section, S<C<use re 'eval';>>, that allows variable
2709 interpolation and code expressions to coexist in a regexp.  The other
2710 pragmas are
2711
2712     use re 'taint';
2713     $tainted = <>;
2714     @parts = ($tainted =~ /(\w+)\s+(\w+)/; # @parts is now tainted
2715
2716 The C<taint> pragma causes any substrings from a match with a tainted
2717 variable to be tainted as well.  This is not normally the case, as
2718 regexps are often used to extract the safe bits from a tainted
2719 variable.  Use C<taint> when you are not extracting safe bits, but are
2720 performing some other processing.  Both C<taint> and C<eval> pragmas
2721 are lexically scoped, which means they are in effect only until
2722 the end of the block enclosing the pragmas.
2723
2724     use re 'debug';
2725     /^(.*)$/s;       # output debugging info
2726
2727     use re 'debugcolor';
2728     /^(.*)$/s;       # output debugging info in living color
2729
2730 The global C<debug> and C<debugcolor> pragmas allow one to get
2731 detailed debugging info about regexp compilation and
2732 execution.  C<debugcolor> is the same as debug, except the debugging
2733 information is displayed in color on terminals that can display
2734 termcap color sequences.  Here is example output:
2735
2736     % perl -e 'use re "debug"; "abc" =~ /a*b+c/;'
2737     Compiling REx `a*b+c'
2738     size 9 first at 1
2739        1: STAR(4)
2740        2:   EXACT <a>(0)
2741        4: PLUS(7)
2742        5:   EXACT <b>(0)
2743        7: EXACT <c>(9)
2744        9: END(0)
2745     floating `bc' at 0..2147483647 (checking floating) minlen 2
2746     Guessing start of match, REx `a*b+c' against `abc'...
2747     Found floating substr `bc' at offset 1...
2748     Guessed: match at offset 0
2749     Matching REx `a*b+c' against `abc'
2750       Setting an EVAL scope, savestack=3
2751        0 <> <abc>             |  1:  STAR
2752                                EXACT <a> can match 1 times out of 32767...
2753       Setting an EVAL scope, savestack=3
2754        1 <a> <bc>             |  4:    PLUS
2755                                EXACT <b> can match 1 times out of 32767...
2756       Setting an EVAL scope, savestack=3
2757        2 <ab> <c>             |  7:      EXACT <c>
2758        3 <abc> <>             |  9:      END
2759     Match successful!
2760     Freeing REx: `a*b+c'
2761
2762 If you have gotten this far into the tutorial, you can probably guess
2763 what the different parts of the debugging output tell you.  The first
2764 part
2765
2766     Compiling REx `a*b+c'
2767     size 9 first at 1
2768        1: STAR(4)
2769        2:   EXACT <a>(0)
2770        4: PLUS(7)
2771        5:   EXACT <b>(0)
2772        7: EXACT <c>(9)
2773        9: END(0)
2774
2775 describes the compilation stage.  C<STAR(4)> means that there is a
2776 starred object, in this case C<'a'>, and if it matches, goto line 4,
2777 i.e., C<PLUS(7)>.  The middle lines describe some heuristics and
2778 optimizations performed before a match:
2779
2780     floating `bc' at 0..2147483647 (checking floating) minlen 2
2781     Guessing start of match, REx `a*b+c' against `abc'...
2782     Found floating substr `bc' at offset 1...
2783     Guessed: match at offset 0
2784
2785 Then the match is executed and the remaining lines describe the
2786 process:
2787
2788     Matching REx `a*b+c' against `abc'
2789       Setting an EVAL scope, savestack=3
2790        0 <> <abc>             |  1:  STAR
2791                                EXACT <a> can match 1 times out of 32767...
2792       Setting an EVAL scope, savestack=3
2793        1 <a> <bc>             |  4:    PLUS
2794                                EXACT <b> can match 1 times out of 32767...
2795       Setting an EVAL scope, savestack=3
2796        2 <ab> <c>             |  7:      EXACT <c>
2797        3 <abc> <>             |  9:      END
2798     Match successful!
2799     Freeing REx: `a*b+c'
2800
2801 Each step is of the form S<C<< n <x> <y> >>>, with C<< <x> >> the
2802 part of the string matched and C<< <y> >> the part not yet
2803 matched.  The S<C<< |  1:  STAR >>> says that Perl is at line number 1
2804 n the compilation list above.  See
2805 L<perldebguts/"Debugging regular expressions"> for much more detail.
2806
2807 An alternative method of debugging regexps is to embed C<print>
2808 statements within the regexp.  This provides a blow-by-blow account of
2809 the backtracking in an alternation:
2810
2811     "that this" =~ m@(?{print "Start at position ", pos, "\n";})
2812                      t(?{print "t1\n";})
2813                      h(?{print "h1\n";})
2814                      i(?{print "i1\n";})
2815                      s(?{print "s1\n";})
2816                          |
2817                      t(?{print "t2\n";})
2818                      h(?{print "h2\n";})
2819                      a(?{print "a2\n";})
2820                      t(?{print "t2\n";})
2821                      (?{print "Done at position ", pos, "\n";})
2822                     @x;
2823
2824 prints
2825
2826     Start at position 0
2827     t1
2828     h1
2829     t2
2830     h2
2831     a2
2832     t2
2833     Done at position 4
2834
2835 =head1 BUGS
2836
2837 Code expressions, conditional expressions, and independent expressions
2838 are I<experimental>.  Don't use them in production code.  Yet.
2839
2840 =head1 SEE ALSO
2841
2842 This is just a tutorial.  For the full story on Perl regular
2843 expressions, see the L<perlre> regular expressions reference page.
2844
2845 For more information on the matching C<m//> and substitution C<s///>
2846 operators, see L<perlop/"Regexp Quote-Like Operators">.  For
2847 information on the C<split> operation, see L<perlfunc/split>.
2848
2849 For an excellent all-around resource on the care and feeding of
2850 regular expressions, see the book I<Mastering Regular Expressions> by
2851 Jeffrey Friedl (published by O'Reilly, ISBN 1556592-257-3).
2852
2853 =head1 AUTHOR AND COPYRIGHT
2854
2855 Copyright (c) 2000 Mark Kvale
2856 All rights reserved.
2857
2858 This document may be distributed under the same terms as Perl itself.
2859
2860 =head2 Acknowledgments
2861
2862 The inspiration for the stop codon DNA example came from the ZIP
2863 code example in chapter 7 of I<Mastering Regular Expressions>.
2864
2865 The author would like to thank Jeff Pinyan, Andrew Johnson, Peter
2866 Haworth, Ronald J Kimball, and Joe Smith for all their helpful
2867 comments.
2868
2869 =cut
2870