**C語言編程實現(xiàn)對IPV4地址的合法性判斷**

> 有了解過我的朋友，可能有點印象，我在N年前的博客中，就寫了這個主題，當時確實是工作中遇到了這個問題。本想著等工作搞完之后，就把這個問題的解決代碼補上，結果一鴿，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，可能有點印象，我在N年前的博客中，就寫了這個主題，當時確實是工作中遇到了這個問題。本想著等工作搞完之后，就把這個問題的解決代碼補上，結果一鴿，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，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，也是需要下點功夫的。不信，你看看下文的拆解。


# 3 簡單版本

我們先上一個簡單版本，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));
}
```

編譯運行一下，輸入一個常見的ipv4地址是沒有問題，比如 "192.168.0.1"；同時，非法的字符輸入也是會報錯的。

```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，如果我加一個限制：如何判斷一個IPV4地址是一個合法的 **主機地址** 呢？

比如這個：“238.171.84.41”，它的判斷還是合法的哦，實際上這不是合法的 **主機地址** 。

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

另外一個，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 進階一下

正如上面的分析，我們需要對代碼進行優(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)（默認子網(wǎng)掩碼：255.0.0.0或0xFF000000）第一個字節(jié)為網(wǎng)絡號，后三個字節(jié)為主機號，表示為網(wǎng)絡--主機--主機--主機。該類IP地址的最前面為“0”，所以地址的網(wǎng)絡號取值于1~126之間。共有16777214個主機地址，一般用于大型網(wǎng)絡。

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

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

- 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)絡號取值于224~239之間；后面28位為組播地址ID。這是一個專門保留的地址。它并不指向特定的網(wǎng)絡，目前這一類地址被用在多點廣播（Multicasting）中。多點廣播地址用來一次尋址一組計算機，它標識共享同一協(xié)議的一組計算機。

- 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)絡號取值于240~255之間。

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

所以在判斷時，我們應該增加IPv4地址的類別判斷。

在上面的判斷返回前，增加一個判斷：

```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));
}
```

這個時候，我們再試一下之前的非A/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)驗的程序一定會發(fā)現(xiàn)，上面的各個判斷真的號麻煩啊！

每個case都需要這樣去比較判斷，那得多費勁啊！

有沒有更加清爽一點的高階方法啊？

答案當然是有的，這個時候你就需要了解一下：**正則表達式** 了。

很多主流的編程語言都有標準庫來支持正則表達式，那么C語言里面有沒有呢？

其實C語言里面也是可以用正則表達式的，這個先留個懸念，且聽下回分解。

歡迎打擊提前預習下：[正則表達式語言 - 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)給大家補充一下各種測試用例，希望對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，歡迎大家來補充。

審核編輯黃宇