**C語言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)IPV4地址的合法性判斷**

> 有了解過我的朋友，可能有點(diǎn)印象，我在N年前的博客中，就寫了這個(gè)主題，當(dāng)時(shí)確實(shí)是工作中遇到了這個(gè)問題。本想著等工作搞完之后，就把這個(gè)問題的解決代碼補(bǔ)上，結(jié)果一鴿，就是好幾年，真是慚愧。現(xiàn)在把這部分代碼公開，歡迎大家來下載測試。

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# 1 寫在前面

有了解過我的朋友，可能有點(diǎn)印象，我在N年前的博客中，就寫了這個(gè)主題，當(dāng)時(shí)確實(shí)是工作中遇到了這個(gè)問題。本想著等工作搞完之后，就把這個(gè)問題的解決代碼補(bǔ)上，結(jié)果一鴿，就是好幾年，真是慚愧。現(xiàn)在把這部分代碼公開，歡迎大家來下載測試。

如果你發(fā)現(xiàn)代碼有問題，歡迎與我私信聯(lián)系。

# 2 需求分析

其實(shí)，本專題的需求很簡單，就是輸入一段字符串，判斷它是不是合法的IPv4地址。僅僅從功能上看，似乎很簡單，但是真正要做到很完美，也是需要下點(diǎn)功夫的。不信，你看看下文的拆解。


# 3 簡單版本

我們先上一個(gè)簡單版本，直接看代碼：

```c
#include
#include
#include
#include

int is_valid_ipv4(const char *ip_address)
{
int num, dots = 0;
char *ptr;

if (ip_address == NULL) {
return 0;
}

ptr = strtok((char *)ip_address, ".");
if (ptr == NULL) {
return 0;
}

while (ptr) {
if (!isdigit(*ptr)) {
return 0;
}

num = atoi(ptr);
if (num < 0 || num > 255) {
return 0;
}

ptr = strtok(NULL, ".");
if (ptr != NULL) {
dots++;
}
}

if (dots != 3) {
return 0;
}

return 1;
}

int check_is_valid_ipv4(const char *ip)
{
int ret = 0;

ret = is_valid_ipv4(ip);

return ret;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
const char *ip = argv[1];

printf("check %sn", ip);
printf("ret %dn", check_is_valid_ipv4(ip));
}
```

編譯運(yùn)行一下，輸入一個(gè)常見的ipv4地址是沒有問題，比如 "192.168.0.1"；同時(shí)，非法的字符輸入也是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。

```c
~/ipv4]$gcc -o test ipv4.c
~/ipv4]$./test 192.168.0.1
check 192.168.0.1
ret 1
~/ipv4]$./test
check 192.168.w.2
ret 0
```

但是，如果我加一個(gè)限制：如何判斷一個(gè)IPV4地址是一個(gè)合法的 **主機(jī)地址** 呢？

比如這個(gè)：“238.171.84.41”，它的判斷還是合法的哦，實(shí)際上這不是合法的 **主機(jī)地址** 。

```c
~/ipv4]$./test 238.171.84.41
check 238.171.84.41
ret 1
```

另外一個(gè)，上面的代碼還檢測不到，諸如此類的輸入：“0192.168.1.1”

```c
~/ipv4]$./test 0192.168.1.1
check 0192.168.1.1
ret 1
```

所以，我們需要優(yōu)化一下。

# 4 進(jìn)階一下

正如上面的分析，我們需要對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化：

首先得判斷按照 "." 分割后的數(shù)字段，不能以 "0" 字符開頭。

```c
while (ptr) {
if (!isdigit(*ptr)) {
return 0;
}

if (*ptr == '0') { //check start with '0'
return 0;
}

num = atoi(ptr);
if (num < 0 || num > 255) {
return 0;
}

ptr = strtok(NULL, ".");
if (ptr != NULL) {
dots++;
}
}

~/ipv4]$./test 0192.168.1.1
check 0192.168.1.1
ret 0
```

根據(jù)IPv4地址的分類：

- A類：(1.0.0.1-126.255.255.254)（默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0或0xFF000000）第一個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后三個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)，表示為網(wǎng)絡(luò)--主機(jī)--主機(jī)--主機(jī)。該類IP地址的最前面為“0”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于1~126之間。共有16777214個(gè)主機(jī)地址，一般用于大型網(wǎng)絡(luò)。

- B類：(128.1.0.1-191.254.255.254)（默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0或0xFFFF0000）前兩個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后兩個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)。該類IP地址的最前面為“10”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于128~191之間。共有65534個(gè)主機(jī)地址，一般用于中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

- C類：(192.0.1.1-223.255.254.254)（子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0或0xFFFFFF00）前三個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，最后一個(gè)字節(jié)為主機(jī)號(hào)。該類IP地址的最前面為“110”，所以地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于192~223之間。共有254個(gè)主機(jī)地址，一般用于小型網(wǎng)絡(luò)。

- D類：是多播地址。(224.0.0.1-239.255.255.254) 該類IP地址的前面4位為“1110”，所以網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于224~239之間；后面28位為組播地址ID。這是一個(gè)專門保留的地址。它并不指向特定的網(wǎng)絡(luò)，目前這一類地址被用在多點(diǎn)廣播（Multicasting）中。多點(diǎn)廣播地址用來一次尋址一組計(jì)算機(jī)，它標(biāo)識(shí)共享同一協(xié)議的一組計(jì)算機(jī)。

- E類：是保留地址，為將來使用保留。(240.0.0.0---255.255.255.254) 該類IP地址的最前面為“1111”，所以網(wǎng)絡(luò)號(hào)取值于240~255之間。

可知，如果要符合一個(gè)正常的IPv4主機(jī)地址，只能是A、B、C類，而不能是D、E類。

所以在判斷時(shí)，我們應(yīng)該增加IPv4地址的類別判斷。

在上面的判斷返回前，增加一個(gè)判斷：

```c
if (atoi(ip_address) >= 1 && atoi(ip_address) <= 126) {
printf("This is a Class A IP address.n");
return 1;
} else if (atoi(ip_address) >= 128 && atoi(ip_address) <= 191) {
printf("This is a Class B IP address.n");
return 1;
} else if (atoi(ip_address) >= 192 && atoi(ip_address) <= 223) {
printf("This is a Class C IP address.n");
return 1;
} else {
printf("This is not a Class A, B, or C IP address.n");
return 0;
}
```

完整的代碼如下：

```c
#include
#include
#include
#include

int is_valid_ipv4(const char *ip_address)
{
int num, dots = 0;
char *ptr;

if (ip_address == NULL) {
return 0;
}

ptr = strtok((char *)ip_address, ".");
if (ptr == NULL) {
return 0;
}

while (ptr) {
if (!isdigit(*ptr)) {
return 0;
}

if (*ptr == '0') { //check start '0'
return 0;
}

num = atoi(ptr);
if (num < 0 || num > 255) {
return 0;
}

ptr = strtok(NULL, ".");
if (ptr != NULL) {
dots++;
}
}

if (dots != 3) {
return 0;
}

if (atoi(ip_address) >= 1 && atoi(ip_address) <= 126) {
printf("This is a Class A IP address.n");
return 1;
} else if (atoi(ip_address) >= 128 && atoi(ip_address) <= 191) {
printf("This is a Class B IP address.n");
return 1;
} else if (atoi(ip_address) >= 192 && atoi(ip_address) <= 223) {
printf("This is a Class C IP address.n");
return 1;
} else {
printf("This is not a Class A, B, or C IP address.n");
return 0;
}

return 1;
}

int check_is_valid_ipv4(const char *ip)
{
int ret = 0;

ret = is_valid_ipv4(ip);

return ret;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
const char *ip = argv[1];

printf("check %sn", ip);
printf("ret %dn", check_is_valid_ipv4(ip));
}
```

這個(gè)時(shí)候，我們?cè)僭囈幌轮暗姆茿/B/C類的IPv4地址：

```c
~/ipv4]$./test 238.171.84.41
check 238.171.84.41
This is not a Class A, B, or C IP address.
ret 0

~/ipv4]$./test 192.168.2.3
check 192.168.2.3
This is a Class C IP address.
ret 1
```

至此，基本得到了比較完美的判斷，但有沒有漏洞呢？留給讀者自己去思考吧。

# 5 高階版本

有經(jīng)驗(yàn)的程序一定會(huì)發(fā)現(xiàn)，上面的各個(gè)判斷真的號(hào)麻煩啊！

每個(gè)case都需要這樣去比較判斷，那得多費(fèi)勁啊！

有沒有更加清爽一點(diǎn)的高階方法啊？

答案當(dāng)然是有的，這個(gè)時(shí)候你就需要了解一下：**正則表達(dá)式** 了。

很多主流的編程語言都有標(biāo)準(zhǔn)庫來支持正則表達(dá)式，那么C語言里面有沒有呢？

其實(shí)C語言里面也是可以用正則表達(dá)式的，這個(gè)先留個(gè)懸念，且聽下回分解。

歡迎打擊提前預(yù)習(xí)下：[正則表達(dá)式語言 - 快速參考 | Microsoft Learn](https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/base-types/regular-expression-language-quick-reference)

# 6 完整測試用例

本小節(jié)給大家補(bǔ)充一下各種測試用例，希望對(duì)大家測試代碼有幫助：

```c
合法的測試輸入
192.168.0.1
10.0.0.1
172.16.0.1
255.255.255.255

非法的測試輸入
256.0.0.1
192.168.0.0.1
192.168.0
192.168.0.1.2

非法的測試輸入
256.0.0.1
192.168.0.0.1
192.168.0
192.168.0.1.2
300.300.300.300
1.2.3
1.2.3.4.5
1.2.3.4.
.1.2.3.4
1..2.3.4
```

測試用例是不斷豐富的，歡迎大家來補(bǔ)充。

審核編輯黃宇