Регулярные выражения в PostgreSQL реализованы с использованием программного пакета, который разработал Генри Спенсер (Henry Spencer). Практически всё следующее описание регулярных выражений дословно скопировано из его руководства.

Регулярное выражение (Regular expression, RE), согласно определению в POSIX 1003.2, может иметь две формы: расширенное RE или ERE (грубо говоря, это выражения, которые понимает egrep) и простое RE или BRE (грубо говоря, это выражения для ed). PostgreSQL поддерживает обе формы, а кроме того реализует некоторые расширения, не предусмотренные стандартом POSIX, но широко используемые вследствие их доступности в некоторых языках программирования, например в Perl и Tcl. Регулярные выражения, использующие эти несовместимые с POSIX расширения, здесь называются усовершенствованными RE или ARE. ARE практически представляют собой надмножество ERE, тогда как BRE отличаются некоторой несовместимостью в записи (помимо того, что они гораздо более ограничены). Сначала мы опишем формы ARE и ERE, отметив особенности, присущие только ARE, а затем расскажем, чем от них отличаются BRE.

Регулярное выражение определяется как одна или более ветвей, разделённых символами |. Оно считается соответствующим всему, что соответствует одной из этих ветвей.

Ветвь — это ноль или несколько количественных атомов или ограничений, соединённых вместе. Соответствие ветви в целом образуется из соответствия первой части, за которым следует соответствие второй части и т. д.; пустой ветви соответствует пустая строка.

Количественный атом — это атом, за которым может следовать определитель количества. Без этого определителя ему соответствует одно вхождение атома. С определителем количества ему может соответствовать некоторое число вхождений этого атома. Все возможные атомы перечислены в Таблице 9.16. Варианты определителей количества и их значения перечислены в Таблице 9.17.

Ограничению соответствует пустая строка, но это соответствие возможно только при выполнении определённых условий. Ограничения могут использоваться там же, где и атомы, за исключением того, что их нельзя дополнять определителями количества. Простые ограничения показаны в Таблице 9.18; некоторые дополнительные ограничения описаны ниже.

Выражение RE не может заканчиваться обратной косой чертой (\).

В формах с {...} числа m и n определяют так называемые границы количества. Эти числа должны быть беззнаковыми десятичными целыми в диапазоне от 0 до 255 включительно.

Не жадные определители (допустимые только в ARE) описывают те же возможные соответствия, что и аналогичные им обычные («жадные»), но предпочитают выбирать наименьшее, а не наибольшее количество вхождений. Подробнее это описано в Подразделе 9.7.3.5.

Ограничения просмотра вперёд и назад не могут содержать ссылки назад (см. Подраздел 9.7.3.3), и все скобки в них считаются «скобками без захвата».

Выражение в квадратных скобках содержит список символов, заключённый в []. Обычно ему соответствует любой символ из списка (об исключении написано ниже). Если список начинается с ^, ему соответствует любой символ, который не перечисляется далее в этом списке. Если два символа в списке разделяются знаком -, это воспринимается как краткая запись полного интервала символов между двумя заданными (и включая их) в порядке сортировки; например выражению [0-9] в ASCII соответствует любая десятичная цифра. Два интервала не могут разделять одну границу, т. е. выражение a-c-e недопустимо. Интервалы зависят от порядка сортировки, который может меняться, поэтому в переносимых программах их лучше не использовать.

Чтобы включить в список ], этот символ нужно написать первым (сразу за ^, если он присутствует). Чтобы включить в список символ -, его нужно написать первым или последним, либо как вторую границу интервала. Указать - в качестве первой границы интервал можно, заключив его между [. и .], чтобы он стал элементом сортировки (см. ниже). За исключением этих символов, некоторых комбинаций с [ (см. следующие абзацы) и спецсимволов (в ARE), все остальные специальные символы в квадратных скобках теряют своё особое значение. В частности, символ \ по правилам ERE или BRE воспринимается как обычный, хотя в ARE он экранирует символ, следующий за ним.

Выражения в квадратных скобках могут содержать элемент сортировки (символ или последовательность символов или имя такой последовательности), определение которого заключается между [. и .]. Определяющая его последовательность воспринимается в выражении в скобках как один элемент. Это позволяет включать в такие выражения элементы, соответствующие последовательности нескольких символов. Например, с элементом сортировки ch в квадратных скобках регулярному выражению [[.ch.]]*c будут соответствовать первые пять символов строки chchcc.

В квадратных скобках могут содержаться элементы сортировки, заключённые между [= и =], обозначающие классы эквивалентности, т. е. последовательности символов из всех элементов сортировки, эквивалентных указанному, включая его самого. (Если для этого символа нет эквивалентных, он обрабатывается как заключённый между [. и .].) Например, если е и ё — члены одного класса эквивалентности, выражения [[=е=]], [[=ё=]] и [её] будут равнозначными. Класс эквивалентности нельзя указать в качестве границы интервала.

В квадратных скобках может также задаваться имя класса символов, заключённое между [: и :], которое обозначает множество всех символов, принадлежащих этому классу. Класс символов не может представлять границу интервала. В стандарте POSIX определены следующие имена классов: alnum (буквы и цифры), alpha (буквы), blank (пробел и табуляция), cntrl (управляющие символы), digit (десятичные цифры), graph (печатаемые символы, кроме пробела), lower (буквы в нижнем регистре), print (печатаемые символы, включая пробел), punct (знаки пунктуации), space (любые пробельные символы), upper (буквы в верхнем регистре) и xdigit (шестнадцатеричные цифры). На согласованное поведение этих стандартных классов символов на разных платформах можно рассчитывать в рамках 7-битного набора ASCII. Будет ли определённый не ASCII-символ считаться принадлежащим одному из этих классов, зависит от правила сортировки, используемого оператором или функцией регулярных выражений (см. Раздел 23.2). По умолчанию это правило определяется свойством LC_CTYPE базы данных (см. Раздел 23.1). Классификация не ASCII-символов может меняться от платформы к платформе даже при выборе локалей с похожими названиями. (Но локаль C никогда не относит не ASCII-символы ни к одному из этих классов.) Помимо этих стандартных классов символов, в PostgreSQL определён класс символов ascii, который содержит все 7-битные символы ASCII, но не какие-либо другие.

Есть два особых вида выражений в квадратных скобках: выражения [[:<:]] и [[:>:]], представляющие собой ограничения, соответствующие пустым строкам в начале и конце слова. Слово в данном контексте определяется как последовательность словосоставляющих символов, перед или после которой нет словосоставляющих символов. Словосоставляющий символ — это символ класса alnum (определённого как упомянутый выше класс символов POSIX) или подчёркивание. Это расширение совместимо со стандартом POSIX 1003.2, но не описано в нём, и поэтому его следует использовать с осторожностью там, где важна совместимость с другими системами. Обычно лучше использовать ограничивающие спецсимволы, описанные ниже; они также не совсем стандартны, но набрать их легче.

Спецсимволы — это специальные команды, состоящие из \ и последующего алфавитно-цифрового символа. Можно выделить следующие категории спецсимволов: обозначения символов, коды классов, ограничения и ссылки назад. Символ \, за которым идёт алфавитно-цифровой символ, не образующий допустимый спецсимвол, считается ошибочным в ARE. В ERE спецсимволов нет: вне квадратных скобок пара из \ и последующего алфавитно-цифрового символа, воспринимается просто как данный символ, а в квадратных скобках и сам символ \ воспринимается просто как обратная косая черта. (Последнее на самом деле нарушает совместимость между ERE и ARE.)

Спецобозначения символов введены для того, чтобы облегчить ввод в RE непечатаемых и других неудобных символов. Они приведены в Таблице 9.19.

Коды классов представляют собой краткий способ записи имён некоторых распространённых классов символов. Они перечислены в Таблице 9.20.

Спецсимволы ограничений обозначают ограничения, которым при совпадении определённых условий соответствует пустая строка. Они перечислены в Таблице 9.21.

Ссылка назад (\n) соответствует той же строке, какой соответствовало предыдущее подвыражение в скобках под номером n (см. Таблицу 9.22). Например, ([bc])\1 соответствует bb или cc, но не bc или cb. Это подвыражение должно полностью предшествовать ссылке назад в RE. Нумеруются подвыражения в порядке следования их открывающих скобок. При этом скобки без захвата исключаются из рассмотрения.

Шестнадцатеричные цифры записываются символами 0-9 и a-f или A-F. Восьмеричные цифры — цифры от 0 до 7.

Спецпоследовательности с числовыми кодами, задающими значения вне диапазона ASCII (0-127), воспринимаются по-разному в зависимости от кодировки базы данных. Когда база данных имеет кодировку UTF-8, спецкод равнозначен позиции символа в Unicode, например, \u1234 обозначает символ U+1234. Для других многобайтных кодировок спецпоследовательности обычно просто задают серию байт, определяющих символ. Если в кодировке базы данных отсутствует символ, заданный спецпоследовательностью, ошибки не будет, но и никакие данные не будут ей соответствовать.

Символы, переданные спецобозначением, всегда воспринимаются как обычные символы. Например, \135 кодирует ] в ASCII, но спецпоследовательность \135 не будет закрывать выражение в квадратных скобках.

В выражениях в квадратных скобках спецсимволы \d, \s и \w теряют свои внешние квадратные скобки, а \D, \S и \W — недопустимы. (Так что, например запись [a-c\d] равнозначна [a-c[:digit:]]. А запись [a-c\D], которая была бы равнозначна [a-c^[:digit:]], — недопустима.)

Определением слова здесь служит то же, что было приведено выше в описании [[:<:]] и [[:>:]]. В квадратных скобках спецсимволы ограничений не допускаются.

В дополнение к основному синтаксису, описанному выше, можно использовать также несколько особых форм и разнообразные синтаксические удобства.

Регулярное выражение может начинаться с одного из двух специальных префиксов режима. Если RE начинается с ***:, его продолжение рассматривается как ARE. (В PostgreSQL это обычно не имеет значения, так как регулярные выражения воспринимаются как ARE по умолчанию; но это может быть полезно, когда параметр флаги функций regex включает режим ERE или BRE.) Если RE начинается с ***=, его продолжение воспринимается как обычная текстовая строка, все его символы воспринимаются буквально.

ARE может начинаться со встроенных параметров: последовательности (?xyz) (где xyz — один или несколько алфавитно-цифровых символов), определяющих параметры остального регулярного выражения. Эти параметры переопределяют любые ранее определённые параметры, в частности они могут переопределить режим чувствительности к регистру, подразумеваемый для оператора regex, или параметр флаги функции regex. Допустимые буквы параметров показаны в Таблице 9.23. Заметьте, что те же буквы используются в параметре флаги функций regex.

Внедрённые параметры начинают действовать сразу после скобки ), завершающей их последовательность. Они могут находиться только в начале ARE (после указания ***:, если оно присутствует).

Помимо обычного (компактного) синтаксиса RE, в котором имеют значение все символы, поддерживается также развёрнутый синтаксис, включить который можно с помощью встроенного параметра x. В развёрнутом синтаксисе игнорируются пробельные символы, а также все символы от # до конца строки (или конца RE). Это позволяет разделять RE на строки и добавлять в него комментарии. Но есть три исключения:

В данном контексте пробельными символами считаются пробел, табуляция, перевод строки и любой другой символ, относящийся к классу символов space.

И наконец, в ARE последовательность (?#ttt) (где ttt — любой текст, не содержащий )) вне квадратных скобок также считается комментарием и полностью игнорируется. При этом она так же не может находиться внутри составных символов, таких как (?:. Эти комментарии в большей степени историческое наследие, чем полезное средство; они считаются устаревшими, а вместо них рекомендуется использовать развёрнутый синтаксис.

Ни одно из этих расширений метасинтаксиса не будет работать, если выражение начинается с префикса ***=, после которого строка воспринимается буквально, а не как RE.

В случае, когда RE может соответствовать более чем одной подстроке в заданной строке, соответствующей RE считается подстрока, которая начинается в ней первой. Если к данной позиции подобных соответствующих подстрок оказывается несколько, из них выбирается либо самая длинная, либо самая короткая из возможных, в зависимости от того, какой режим выбран в RE: жадный или не жадный.

Где жадный или не жадный характер RE определяется по следующим правилам:

Эти правила связывают характеристики жадности не только с отдельными количественными атомами, но и с ветвями и целыми RE, содержащими количественные атомы. Это означает, что при сопоставлении ветвь или целое RE может соответствовать максимально длинной или короткой подстроке в целом. Когда определена длина всего соответствия, часть его, соответствующая конкретному подвыражению, определяется с учётом характеристики жадности для этого подвыражения, при этом подвыражения, начинающиеся в RE раньше, имеют больший приоритет, чем следующие за ними.

Это иллюстрирует следующий пример:

SELECT SUBSTRING('XY1234Z', 'Y*([0-9]{1,3})');
Результат: 123
SELECT SUBSTRING('XY1234Z', 'Y*?([0-9]{1,3})');
Результат: 1

В первом случае RE в целом жадное, так как жадным является атом Y*. Соответствие ему начинается с буквы Y и оно включает подстроку максимальной длины с этого места, т. е. подстроку Y123. Результат выражения — её часть, соответствующая подвыражению в скобках, т. е. 123. Во втором случае, RE в целом наследует не жадный характер от атома Y*?. Соответствие ему так же начинается с Y, но включает оно подстроку минимальной длины с этого места, т. е. Y1. И хотя подвыражение [0-9]{1,3} имеет жадный характер, оно не может повлиять на выбор длины соответствия в целом, поэтому ему остаётся только подстрока 1.

Другими словами, когда RE содержит и жадные, и не жадные подвыражения, всё соответствие будет максимально длинным или коротким в зависимости от характеристики всего RE. Характеристики, связанные с подвыражениями, влияют только на то, какую часть подстроки может «поглотить» одно подвыражение относительно другого.

Чтобы явно придать характеристику «жадности» или «нежадности» подвыражению или всему RE, можно использовать определители {1,1} и {1,1}?, соответственно. Это полезно, когда вам нужно, чтобы общая характеристика жадности RE отличалась от той, что вытекает из его элементов. Например, предположим, что вы пытаетесь выделить из строки, содержащей несколько цифр, эти цифры и части до и после них. Можно попытаться сделать это так:

SELECT regexp_match('abc01234xyz', '(.*)(\d+)(.*)');
Результат: {abc0123,4,xyz}

Но это не будет работать: первая группа .* — «жадная», она «съест» всё, что сможет, оставляя для соответствия \d+ только последнюю возможность, то есть последнюю цифру. Можно попытаться сделать запрос «нежадным»:

SELECT regexp_match('abc01234xyz', '(.*?)(\d+)(.*)');
Результат: {abc,0,""}

И это не будет работать, так теперь весь RE в целом стал нежадным, и все соответствия завершаются как можно раньше. Но мы можем получить нужный результат, явно сделав жадным всё RE:

SELECT regexp_match('abc01234xyz', '(?:(.*?)(\d+)(.*)){1,1}');
Результат: {abc,01234,xyz}

Управление общей характеристикой «жадности» RE независимо от «жадности» его компонентов даёт большую гибкость в описании шаблонов переменной длины.

При определении более длинного или более короткого соответствия длины соответствий определяются в символах, а не в элементах сортировки. Пустая строка считается длиннее, чем отсутствие соответствия. Например, выражению bb* соответствуют три символа в середине строки abbbc, выражению (week|wee)(night|knights) — все десять символов weeknights; когда выражение (.*).* сопоставляется со строкой abc, подвыражению в скобках соответствуют все три символа; а когда (a*)* сопоставляется со строкой bc, то и RE в целом, и подстроке в скобках соответствует пустая строка.

Игнорирование регистра символов даёт практически тот же эффект, как если бы в алфавите исчезли различия прописных и строчных букв. Если буква, существующая и в верхнем, и в нижнем регистре, фигурирует вне квадратных скобок как обычный символ, она по сути преобразуется в выражение в квадратных скобках, содержащее оба варианта, например x становится [xX]. Если же она фигурирует в выражении в квадратных скобках, в это выражение добавляются все её варианты, например [x] становится [xX], а [^x] — [^xX].

Когда включён режим учёта перевода строк, атом . и выражения в квадратных скобках с ^ никогда не будут соответствовать символам конца строки (так что соответствия никогда не будут пересекать границы строк, если в RE нет явных указаний на эти символы), а ^ и $ будут соответствовать пустой подстроке не только в начале и конце всего текста, но и в начале и конце каждой отдельной его строки. Однако спецсимволы ARE \A и \Z по-прежнему будут соответствовать только началу и концу всего текста.

В режиме, когда переводы строк учитываются частично, особый смысл перевод строк имеет для атома . и выражений в квадратных скобках, но не для ^ и $.

В обратном частичном режиме, перевод строк имеет особый смысл для ^ и $, как и в режиме с учётом перевода строк, но не для . и выражений в квадратных скобках. Данный режим не очень полезен, но существует для симметрии.

В текущей реализации отсутствует какой-либо явно заданный предел длины RE. Однако, разрабатывая программы высокой степени переносимости, не следует применять RE длиннее 256 байт, так как другая POSIX-совместимая реализация может отказаться обрабатывать такие регулярные выражения.

Единственная особенность ARE, действительно несовместимая с ERE стандарта POSIX проявляется в том, что в ARE знак \ не теряет своё специальное значение в квадратных скобках. Все другие расширения ARE используют синтаксические возможности, которые не определены, не допустимы или не поддерживаются в ERE; синтаксис переключения режимов (***) также выходит за рамки синтаксиса POSIX как для BRE, так и для ERE.

Многие расширения ARE заимствованы из языка Perl, но некоторые были изменены, оптимизированы, а несколько расширений Perl были исключены. В результате имеют место следующие несовместимости: атомы \b и \B, отсутствие специальной обработки завершающего перевода строки, добавление исключений в квадратных скобках в число случаев, когда учитывается перевод строк, особые условия для скобок и ссылок назад в ограничениях просмотра вперёд/назад и семантика «наиболее длинное/короткое соответствие» (вместо «первое соответствие»).

Важно отметить две несовместимости синтаксиса ARE и регулярных выражений ERE, которые воспринимал PostgreSQL до версии 7.4:

BRE имеют ряд отличий от ERE. В BRE знаки |, + и ? теряют специальное значение, а замены им нет. Границы количества окружаются символами \{ и \}, тогда как { и } рассматриваются как обычные символы. Вложенные подвыражения помещаются между \( и \), а ( и ) представляют обычные символы. Символ ^ воспринимается как обычный, если только он не находится в начале RE или подвыражения в скобках, $ — тоже обычный символ, если он находится не в конце RE или в конце подвыражения в скобках, и * — обычный символ, когда он находится в начале RE или подвыражения в скобках (возможно, после начального ^). И, наконец, в BRE работают ссылки назад с одной цифрой, \< и \> — синонимы для [[:<:]] и [[:>:]], соответственно; никакие другие спецсимволы в BRE не поддерживаются.

Начиная с SQL:2008, в стандарт SQL входит оператор LIKE_REGEX, выполняющий поиск по шаблону в соответствии со стандартом регулярных выражений XQuery. В PostgreSQL этот оператор ещё не реализован, но практически тот же результат можно получить с помощью функции regexp_match(), так как регулярные выражения XQuery очень близки к синтаксису ARE, описанному выше.

Регулярные выражения на базе POSIX в существующей реализации и регулярные выражения XQuery имеют ряд заметных отличий, в том числе: