C# 正則表達式 完全指南：Regex/Match/MatchCollection 核心類實戰詳解

正則表達式是文本處理的瑞士軍刀。.NET 框架提供了功能強大、與 Perl 5 兼容的正則引擎，核心類位於 System.Text.RegularExpressions。本文系統講解 Regex、Match、MatchCollection、Group、Capture 五大核心類的協作機制與實戰模式。

一、 核心類關係圖譜

Regex (不可變模式)
  ├─ Match(string input)           → Match (首次匹配)
  ├─ Matches(string input)         → MatchCollection (所有非重疊匹配)
  ├─ Replace/Split/IsMatch...      → 便捷靜態方法
Match
  ├─ Success / Index / Length / Value
  ├─ Groups                        → GroupCollection (捕獲組)
  └─ Captures                      → CaptureCollection (單組多次捕獲)
Group (繼承 Capture)
  ├─ Captures                      → CaptureCollection (量詞導致的多次捕獲)
  └─ Name / Index / Length / Value
Capture
  ├─ Index / Length / Value

二、 Regex：編譯與執行

1. 實例化模式

// 實例方法 (推薦複用)
var regex = new Regex(@"\d{4}-\d{2}-\d{2}", RegexOptions.Compiled); 
// 靜態方法 (一次性使用)
Regex.IsMatch(input, pattern);

2. 關鍵選項 RegexOptions

• Compiled：編譯為 IL，首次慢但執行快，適合高頻複用。
• IgnoreCase、Multiline、Singleline、ExplicitCapture (僅捕獲命名組)。
• CultureInvariant：忽略文化差異，提升性能。

三、 Match：單次匹配詳情

var m = regex.Match("Date: 2024-01-15");
if (m.Success) {
    Console.WriteLine($"Found at {m.Index}: {m.Value}"); // Found at 6: 2024-01-15
}

四、 MatchCollection：全文掃描

var mc = regex.Matches("2024-01-15, 2023-12-01");
foreach (Match m in mc) {
    Console.WriteLine($"{m.Value} @ {m.Index}");
}
// 2024-01-15 @ 0
// 2023-12-01 @ 12

注意：MatchCollection 為惰性評估，Count 會觸發全量匹配。大文本首選 Regex.Matches(...).Cast<Match>() 流式處理。

五、 Group 與 Capture：層級捕獲機制

1. 基本捕獲組

var r = new Regex(@"(a(b))c");
var m = r.Match("abdabc");
Console.WriteLine(m.Groups.Count); // 3 (Group 0: 整個匹配, Group 1: (a(b)), Group 2: (b))

2. 量詞導致的多次捕獲

var r = new Regex(@"(Abc)+");
var m = r.Match("XYZAbcAbcAbcXYZAbcAb");
// Group 0: AbcAbcAbc (整個匹配)
// Group 1: 最後一次捕獲 "Abc"
// Group 1.Captures: ["Abc", "Abc", "Abc"] (三次捕獲)
foreach (Capture c in m.Groups[1].Captures) {
    Console.WriteLine($"{c.Value} @ {c.Index}");
}
// Abc @ 3
// Abc @ 6
// Abc @ 9

3. 非捕獲組 (?:...) 與 ExplicitCapture

• (?:sub)：分組但不捕獲，不佔用 Group 槽位，無 Captures 開銷。
• RegexOptions.ExplicitCapture：全局禁用隱式捕獲，僅 (?<name>...) 命名組有效。

六、 進階技巧與性能優化

七、 常用模式速查

// Email 簡易驗證
^\w+([-+.']\w+)*@\w+([-.]\w+)*\.\w+([-.]\w+)*$
// URL
^(https?|ftp)://[^\s/$.?#].[^\s]*$
// 中文
[\u4e00-\u9fa5]
// IP 地址
\b(?:(?:25[0-5]|2[0-4]\d|[01]?\d\d?)\.){3}(?:25[0-5]|2[0-4]\d|[01]?\d\d?)\b

正則表達式威力巨大，但「寫時只讀、改時淚流」。複雜邏輯優先考慮解析器組合子或專用庫 (如 HTML 用 AngleSharp, JSON 用 System.Text.Json)，保持代碼可維護性。