C# 正則表達式 Replace 進階應用：從基礎替換到 MatchEvaluator 複雜轉換

前言：Regex.Replace 的兩種範式

System.Text.RegularExpressions.Regex.Replace 是 .NET 中處理字串轉換的核心工具。根據複雜度可分為兩種模式：

1. 靜態替換： 直接指定替換字串（支援 $1、${name} 等回參考）。
2. 動態替換： 透過 MatchEvaluator 委派，為每個比對結果執行自訂邏輯回傳替換字串。

掌握兩者差異與適用場景，能大幅簡化字串處理程式碼。

基礎篇：靜態替換與常用模式

1. 簡單字串取代

string input = "abracadabra";
string result = Regex.Replace(input, "abra", "zzzz");
// 結果：zzzzcadzzzz

2. 使用回參考重組字串：去除首尾空白

string input = "   abra   ";
string pattern = @"^\s*(.*?)\s*$";
string result = Regex.Replace(input, pattern, "$1");
// 結果：abra

3. 常用實用模式速查表

進階篇：MatchEvaluator 動態替換

當替換邏輯需根據比對內容動態計算（如大小寫轉換、數學運算、查表替換）時，MatchEvaluator 是最佳選擇。

範例：將句子中每個單字首字母大寫（Title Case）

string input = "the quick red fox jumped over the lazy brown dog.";
string pattern = @"\w+"; // 單字

string result = Regex.Replace(input, pattern, m =>
{
    string word = m.Value;
    return char.ToUpper(word[0]) + word.Substring(1).ToLower();
});
// 結果：The Quick Red Fox Jumped Over The Lazy Brown Dog.

範例：將數字乘以 2

string input = "價格: 10 元, 數量: 5 個";
string result = Regex.Replace(input, @"\d+", m => (int.Parse(m.Value) * 2).ToString());
// 結果：價格: 20 元, 數量: 10 個

範例：條件式替換（僅替換長度 > 3 的單字）

string result = Regex.Replace(input, @"\b\w+\b", m =>
    m.Value.Length > 3 ? m.Value.ToUpper() : m.Value);

深度解析：Group、Capture 與比對引擎細節

理解 Group、Capture、Match 階層關係，有助於撰寫高效能模式：

• Match：單次比對結果，繼承 Group。
• Group：一對括號的比對結果，含 Captures 集合。
• Capture：單一捕獲片段。同一 Group 因量詞重複比對會產生多個 Capture，Group.Value 等於最後一個 Capture.Value。

// 模式：(abra(cad)?)+
// 輸入：abracadabra
// Group 1 (外層) Captures: [0]="abracad", [1]="abra"
// Group 2 (內層) Captures: [0]="cad"
// Group.Value 取最後 Capture → Group1="abra", Group2="cad"

效能與最佳實務指南

1. 預編譯靜態 Regex： 重複使用的模式宣告為 static readonly Regex，或使用 RegexOptions.Compiled（啟動較慢但執行快）。
2. 避免災難性回溯： 慎用 .*、.+ 搭配巢狀量詞，改用 .*? 或具體字元類別 [^"]*。
3. 善用 RegexOptions： IgnoreCase、Singleline (. 匹配換行)、Multiline (^$ 匹配行首尾)、ExplicitCapture (僅命名群組捕獲)。
4. 大量資料改用非回溯引擎： .NET 7+ 支援 RegexOptions.NonBacktracking，對超長輸入有線性時間保證。
5. 記憶體管理： MatchCollection 會一次載入所有比對，大量資料改用 Regex.Matches(...).Cast<Match>() 串流處理或迴圈 m.NextMatch()。

結語

Regex.Replace 搭配 MatchEvaluator 是 .NET 字串處理的瑞士刀。從簡單的格式清理到複雜的語義轉換，掌握靜態回參考與動態委派雙重範式，並理解比對引擎的 Group/Capture 機制，能讓你寫出既優雅又高效的字串處理程式碼。下次面對複雜字串轉換需求時，請優先考慮「能否用一行 Regex.Replace 解決？」