使用CTRE库实现递归/迭代模式匹配的技术解析

在C++开发中，处理字符串和正则表达式是常见需求。本文将介绍如何使用编译时正则表达式库(CTRE)来实现高效的递归/迭代模式匹配，特别针对特定格式的字符串转换场景。

问题场景分析

我们有以下格式的输入字符串：

7 "Invalid" 6 "Not_Used_4" 5 "Threshold_2_Exceeded" 4 "Not_Used_3" 3 "Threshold_1_Exceeded" 2 "Not_Used_2" 1 "Not_Used_1" 0 "Normal";
3 "Engine Warm RdcPwr" 2 "OK to Drive" 1 "Engine Warm PlsWait" 0 "Normal Operation";

需要将其转换为：

7 INVALID 6 NOT_USED_4 5 THRESHOLD_2_EXCEEDED 4 NOT_USED_3 3 THRESHOLD_1_EXCEEDED 2 NOT_USED_2 1 NOT_USED_1 0 NORMAL 
3 ENGINE_WARM_RDCPWR 2 OK_TO_DRIVE 1 ENGINE_WARM_PLSWAIT 0 NORMAL_OPERATION

CTRE解决方案

CTRE(编译时正则表达式)库提供了高效的解决方案，特别是在C++17环境下表现优异。以下是实现步骤：

1. 定义正则表达式模式

constexpr auto val_split_pattern = ctll::fixed_string{R"( ?(?:(\d+) \"([^"]++)\"))"};

这个模式匹配：

• 可选的空格
• 数字部分(捕获组1)
• 引号内的字符串内容(捕获组2)

2. 使用tokenize进行迭代匹配

constexpr auto val_tokenize = ctre::tokenize<val_split_pattern>;

tokenize函数会返回一个惰性求值的范围视图，包含所有匹配项。

3. 处理每个匹配项

for (auto match : val_tokenize(line)) {
    std::string word = match.get<2>().str();
    word = trim(word);
    std::transform(word.begin(), word.end(), word.begin(), ::toupper);
    std::replace(word.begin(), word.end(), ' ', '_');
    words.push_back(match.get<1>().str() + " " + word);
}

对每个匹配项：

1. 获取引号内的字符串内容(捕获组2)
2. 去除首尾空白
3. 转换为大写
4. 将空格替换为下划线
5. 与数字部分(捕获组1)组合

技术优势分析

1. 编译时正则表达式：CTRE在编译时验证和优化正则表达式，避免了运行时开销
2. 高效匹配：相比传统正则表达式库，CTRE提供了更好的性能
3. 类型安全：编译时检查确保模式正确性
4. 简洁API：使用现代C++风格，代码更简洁易读

完整实现代码

#include <vector>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <ctre.hpp>

inline std::string& trim(std::string& s, const char* t = " \t\n\r\f\v") {
    s.erase(s.find_last_not_of(t) + 1);
    return s.erase(0, s.find_first_not_of(t));
}

constexpr auto val_split_pattern = ctll::fixed_string{R"( ?(?:(\d+) \"([^"]++)\"))"};
constexpr auto val_tokenize = ctre::tokenize<val_split_pattern>;

int main() {
    std::vector<std::string> lines = {
        "7 \"Invalid\" 6 \"Not_Used_4\" 5 \"Threshold_2_Exceeded\" 12 \"Not_Used_3\" 3 \"Threshold_1_Exceeded\" 2 \"Not_Used_2\" 1 \"Not_Used_1\" 0 \"Normal\";",
        "3 \"Engine Warm RdcPwr\" 2 \"OK to Drive\" 1 \"Engine Warm PlsWait\" 0 \"Normal Operation\";",
    };

    for (auto line: lines) {
        std::vector<std::string> words;
        for (auto match : val_tokenize(line)) {
            std::string word = match.get<2>().str();
            word = trim(word);
            std::transform(word.begin(), word.end(), word.begin(), ::toupper);
            std::replace(word.begin(), word.end(), ' ', '_');
            words.push_back(match.get<1>().str() + " " + word);
        }
        std::stringstream s;
        std::copy(words.begin(), words.end(), std::ostream_iterator<std::string>(s, " "));
        std::cout << s.str() << "\n";
    }

    return 0;
}

总结

CTRE库为C++开发者提供了一种高效、类型安全的字符串处理方式。通过编译时正则表达式和现代C++特性，我们可以简洁地实现复杂的字符串转换逻辑。这种方法特别适合需要高性能字符串处理的场景，如日志解析、数据转换等任务。