[C++] 正規表現の書き方を初心者向けに解説

C++で正規表現を扱うには、標準ライブラリの<regex>を使用します。

正規表現パターンをstd::regexで定義し、std::regex_matchやstd::regex_searchで文字列を検査します。

例えば、std::regex pattern("abc.*");は「abcで始まる文字列」を表します。

std::smatchを使えば一致部分を取得可能です。

正規表現の特殊文字(例: .や*)は特定の意味を持つため、必要に応じてエスケープ(例: \\.)が必要です。

正規表現とは何か

正規表現(Regular Expression)は、文字列のパターンを表現するための特別な記法です。

主に文字列の検索や置換、検証に使用されます。

C++では、標準ライブラリの <regex> ヘッダを使用して正規表現を扱うことができます。

正規表現を使うことで、特定の形式の文字列を簡単に見つけたり、操作したりすることが可能になります。

正規表現の基本的な構成要素

正規表現は、以下のような基本的な構成要素から成り立っています。

これらの構成要素を組み合わせることで、複雑なパターンを表現することができます。

正規表現は、特にデータの検証やフィルタリングにおいて非常に強力なツールです。

C++で正規表現を使うための準備

C++で正規表現を使用するためには、標準ライブラリの <regex> ヘッダをインクルードする必要があります。

このヘッダには、正規表現を扱うためのクラスや関数が定義されています。

以下に、正規表現を使うための基本的な準備手順を示します。

必要なインクルード

正規表現を使用するためには、次のように <regex> ヘッダをインクルードします。

#include <iostream>  // 入出力ストリーム
#include <regex>     // 正規表現
#include <string>    // 文字列

以下は、正規表現を使って文字列が特定のパターンにマッチするかどうかを確認する簡単なプログラムの例です。

#include <iostream>  // 入出力ストリーム
#include <regex>     // 正規表現
#include <string>    // 文字列
int main() {
    // 検証したい文字列
    std::string input = "abc123";
    
    // 正規表現パターン
    std::regex pattern("^[a-z]+[0-9]+$"); // 小文字のアルファベットが続き、その後に数字が続く
    // マッチするかどうかを確認
    if (std::regex_match(input, pattern)) {
        std::cout << "マッチしました！" << std::endl; // マッチした場合の出力
    } else {
        std::cout << "マッチしませんでした。" << std::endl; // マッチしなかった場合の出力
    }
    return 0;
}

マッチしました！

このプログラムでは、input という文字列が小文字のアルファベットの後に数字が続くパターンにマッチするかどうかを確認しています。

正規表現を使うことで、文字列の形式を簡単に検証することができます。

正規表現の基本的な書き方

正規表現は、特定のパターンに基づいて文字列を検索、置換、検証するための強力なツールです。

ここでは、正規表現の基本的な書き方と、よく使われる構文を紹介します。

基本的な構文

正規表現の基本的な構文は以下の通りです。

以下は、正規表現を使ってメールアドレスの形式を検証するプログラムの例です。

#include <iostream>  // 入出力ストリーム
#include <regex>     // 正規表現
#include <string>    // 文字列
int main() {
    // 検証したいメールアドレス
    std::string email = "example@example.com";
    
    // メールアドレスの正規表現パターン
    std::regex pattern("^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$");
    // マッチするかどうかを確認
    if (std::regex_match(email, pattern)) {
        std::cout << "有効なメールアドレスです。" << std::endl; // マッチした場合の出力
    } else {
        std::cout << "無効なメールアドレスです。" << std::endl; // マッチしなかった場合の出力
    }
    return 0;
}

有効なメールアドレスです。

このプログラムでは、email という文字列が正しいメールアドレスの形式にマッチするかどうかを確認しています。

正規表現を使うことで、特定の形式に従った文字列を簡単に検証することができます。

実際のコード例で学ぶ正規表現

正規表現を使った具体的なコード例を通じて、どのように文字列を操作できるかを学びましょう。

ここでは、電話番号の形式を検証し、特定のパターンに基づいて文字列を置換する例を紹介します。

1. 電話番号の検証

以下のコードは、電話番号が特定の形式(例：123-456-7890)にマッチするかどうかを確認するプログラムです。

#include <iostream>  // 入出力ストリーム
#include <regex>     // 正規表現
#include <string>    // 文字列
int main() {
    // 検証したい電話番号
    std::string phoneNumber = "123-456-7890";
    
    // 電話番号の正規表現パターン
    std::regex pattern("^\\d{3}-\\d{3}-\\d{4}$"); // 形式: 123-456-7890
    // マッチするかどうかを確認
    if (std::regex_match(phoneNumber, pattern)) {
        std::cout << "有効な電話番号です。" << std::endl; // マッチした場合の出力
    } else {
        std::cout << "無効な電話番号です。" << std::endl; // マッチしなかった場合の出力
    }
    return 0;
}

有効な電話番号です。

このプログラムでは、phoneNumber という文字列が電話番号の形式にマッチするかどうかを確認しています。

2. 特定の文字列の置換

次に、テキスト内の特定の単語を別の単語に置換する例を見てみましょう。

以下のコードでは、「猫」という単語を「犬」に置換します。

#include <iostream>  // 入出力ストリーム
#include <regex>     // 正規表現
#include <string>    // 文字列
int main() {
    // 置換対象のテキスト
    std::string text = "私は猫が好きです。猫はかわいいです。";
    
    // 置換する単語の正規表現パターン
    std::regex pattern("猫"); // 置換対象の単語
    // 単語を置換
    std::string replacedText = std::regex_replace(text, pattern, "犬");
    // 結果を出力
    std::cout << "置換後のテキスト: " << replacedText << std::endl; // 置換後のテキストを出力
    return 0;
}

置換後のテキスト: 私は犬が好きです。犬はかわいいです。

このプログラムでは、text という文字列内の「猫」という単語を「犬」に置換しています。

正規表現を使うことで、特定の文字列を簡単に操作することができます。

これらの例を通じて、正規表現の実用性を理解できるでしょう。

よく使う正規表現パターン

正規表現は、さまざまな文字列のパターンを検証するために使用されます。

ここでは、よく使われる正規表現パターンをいくつか紹介します。

これらのパターンは、特定の形式の文字列を簡単に検証するのに役立ちます。

1. メールアドレスの検証

メールアドレスの形式を検証するための正規表現パターンです。

^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$

2. 電話番号の検証

日本の電話番号(例：03-1234-5678)を検証するためのパターンです。

^\\d{2,4}-\\d{2,4}-\\d{4}$

3. 日付の検証

YYYY-MM-DD形式の日付を検証するためのパターンです。

^(\\d{4})-(\\d{2})-(\\d{2})$

4. URLの検証

URLの形式を検証するためのパターンです。

^(https?://)?([a-zA-Z0-9.-]+)(:[0-9]{1,5})?(/.*)?$

5. 数字のみの検証

数字のみからなる文字列を検証するためのパターンです。

^\\d+$

6. 英字のみの検証

英字(大文字・小文字)のみからなる文字列を検証するためのパターンです。

^[a-zA-Z]+$

7. 特定の文字列の検出

特定の単語(例：「猫」)が含まれているかを検証するためのパターンです。

猫

8. 空白文字の検出

空白文字(スペース、タブなど)が含まれているかを検証するためのパターンです。

\\s+

これらの正規表現パターンは、さまざまな文字列の検証や操作に役立ちます。

実際のプログラムでこれらのパターンを活用することで、データの整合性を保つことができます。

正規表現の注意点とベストプラクティス

正規表現は非常に強力なツールですが、使用する際にはいくつかの注意点やベストプラクティスがあります。

これらを理解しておくことで、より効果的に正規表現を活用できるようになります。

1. パフォーマンスに注意

正規表現は複雑なパターンを扱うことができますが、特に長い文字列や複雑なパターンを使用する場合、パフォーマンスが低下することがあります。

特に、バックトラッキングが発生するようなパターンは注意が必要です。

2. 明確なパターンを使用

正規表現は非常に柔軟ですが、あまりにも一般的なパターンを使用すると、意図しないマッチが発生することがあります。

具体的で明確なパターンを使用することで、誤ったマッチを防ぐことができます。

3. コメントを活用

複雑な正規表現を使用する場合、コード内にコメントを追加して、パターンの意図や構成を説明することが重要です。

これにより、後からコードを見たときに理解しやすくなります。

4. テストを行う

正規表現を使用する際は、さまざまな入力に対してテストを行うことが重要です。

特に、境界ケースや異常な入力に対しても正しく動作するかを確認することで、バグを未然に防ぐことができます。

5. 適切なエスケープを行う

正規表現には特別な意味を持つ文字(例：.、*、+など)が存在します。

これらの文字を文字通りに扱いたい場合は、必ずエスケープ(\を付ける)を行う必要があります。

6. 可読性を重視

正規表現は短く書くことができる一方で、可読性が低くなることがあります。

特に複雑なパターンの場合、可読性を重視して適切に改行やスペースを使うことが重要です。

7. ライブラリやツールを活用

正規表現を扱う際には、便利なライブラリやツールを活用することもおすすめです。

これにより、正規表現の作成やテストが容易になり、エラーを減らすことができます。

これらの注意点とベストプラクティスを守ることで、正規表現をより効果的に活用し、プログラムの品質を向上させることができます。

まとめ

この記事では、C++における正規表現の基本的な概念から、実際のコード例、よく使うパターン、注意点やベストプラクティスまで幅広く解説しました。

正規表現は、文字列の検証や操作において非常に強力なツールであり、適切に使用することでプログラムの効率を向上させることができます。

ぜひ、実際のプロジェクトで正規表現を活用し、より効果的な文字列処理を実現してみてください。