正则表达式（Regular Expression，简称regex）是用于匹配字符串的一种模式，广泛应用于文本处理、数据验证、搜索和替换等场景。它通过一种简洁的语法来定义一系列规则，可以匹配符合这些规则的字符串。在编程语言中，正则表达式通常作为内置功能或库提供，使得开发者能够方便地处理字符串。
正则表达式的基本元素包括：
1. **字符**：直接写入的任何字符都能匹配自身，例如 "a" 匹配字符 'a'。
2. **范围**：使用方括号 [] 定义一个字符范围，例如 "[a-z]" 匹配任意小写字母。
3. **通配符**：
- `.`：匹配任意单个字符，但换行符除外。
- `\d`：匹配数字（0-9）。
- `\D`：匹配非数字字符。
- `\w`：匹配字母、数字或下划线（等同于 `[A-Za-z0-9_]`）。
- `\W`：匹配非单词字符（等同于 `[^A-Za-z0-9_]`）。
4. **重复次数**：
- `{n}`：匹配前面的字符 n 次。
- `{n,}`：匹配前面的字符至少 n 次。
- `{n,m}`：匹配前面的字符至少 n 次，但不超过 m 次。
5. **选择与分组**：
- `|`：表示或，例如 "cat|dog" 匹配 "cat" 或 "dog"。
- `( )`：用于创建分组，可以捕获匹配的部分，还可以用 `\1` 引用前面的分组。
6. **否定预查**：`(?!)` 和 `(?!...)` 表示后面不跟着指定的字符或模式。
7. **前后查找**：
- `^`：匹配输入字符串的开始位置，除非在方括号表达式中使用。
- `$`：匹配输入字符串的结束位置。
- `(?=...)`：正向前瞻，确保紧跟在当前匹配的字符后面的是指定的模式。
- `(?!...)`：负向前瞻，确保紧跟在当前匹配的字符后面不是指定的模式。
正则表达式还有许多高级特性和用法，如贪婪与非贪婪匹配、回溯引用、条件表达式等。在不同的编程语言中，正则表达式的实现可能略有差异，但基本概念和大多数语法是通用的。
在实际应用中，正则表达式常用于验证用户输入，如电子邮件地址验证（`\b[A-Z0-9._%+-]+@[A-Z0-9.-]+\.[A-Z]{2,}\b`）、手机号码验证（`\d{11}`）等。同时，它们也是文本处理工具（如grep、sed、awk）中的核心功能，可以方便地查找、替换和提取文本中的模式。
学习正则表达式需要实践，可以通过在线测试工具进行练习，理解各种元字符和组合的含义，逐渐掌握其精髓。熟练掌握正则表达式，能极大地提升处理文本数据的效率和精确性。
