每日一题——验证IP地址

题目描述

编写一个函数来验证输入的字符串是否是有效的 IPv4 或 IPv6 地址。

IPv4 地址规则：

• 由 4 个十进制数组成，范围为 0 - 255。
• 用 . 分割。
• 数字不能以 0 开头（除非是 0 本身）。

IPv6 地址规则：

• 由 8 组 16 进制数组成，每组表示 16 比特。
• 用 : 分割。
• 允许前导零，字母可以是大写或小写。
• 不允许空组（如 ::）。
• 不允许多余的 0（如 02001）。

数据范围：
字符串长度满足 (5 \leq n \leq 50)
进阶要求：

• 空间复杂度 (O(n))
• 时间复杂度 (O(n))

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示例

示例 1

输入：
"172.16.254.1"
输出：
"IPv4"
说明：
这是一个有效的 IPv4 地址。

示例 2

输入：
"2001:0db8:85a3:0:0:8A2E:0370:7334"
输出：
"IPv6"
说明：
这是一个有效的 IPv6 地址。

示例 3

输入：
"256.256.256.256"
输出：
"Neither"
说明：
这个地址既不是 IPv4 也不是 IPv6 地址。

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解题思路

1. IPv4 地址验证

• 使用 strtok 按 . 分割字符串。
• 检查分割后的段数是否为 4。
• 检查每段是否为数字，且范围在 0 - 255 之间。
• 检查是否有前导零（除非是 0 本身）。

2. IPv6 地址验证

• 使用 strtok 按 : 分割字符串。
• 检查分割后的段数是否为 8。
• 检查每段是否为有效的 16 进制数（0-9, a-f, A-F）。
• 检查每段长度是否在 1 - 4 之间。

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代码实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>

// 判断是否是有效的 IPv4 地址
int isValidIPv4(char* IP) {
    int count = 0; // 段数计数器
    int len = strlen(IP); // 字符串长度
    char* token = strtok(IP, "."); // 按 '.' 分割字符串
	if (len == 0 || IP[len - 1] == ':') return 0; // 字符串为空或以冒号结尾，无效
    while (token) {
        count++; // 段数加 1
        if (count > 4 ) return 0; // 段数超过 4 无效
        int token_len = strlen(token); // 当前段的长度
        if (token_len == 0 || token_len > 3) return 0; // 段长度为 0 或超过 3，无效

        int num = 0; // 当前段的数值
        for (int i = 0; i < token_len; i++) {
            if (!isdigit(token[i])) return 0; // 字符不是数字，无效
            num = num * 10 + (token[i] - '0'); // 计算数值
        }

        if (num < 0 || num > 255) return 0; // 数值不在 0 - 255 范围内，无效
        if (token_len > 1 && token[0] == '0') return 0; // 有前导零，无效

        token = strtok(NULL, "."); // 获取下一个段
    }

    return count == 4; // 段数恰好为 4，有效
}

// 判断是否是有效的 IPv6 地址
int isValidIPv6(char* IP) {
    int len = strlen(IP); // 字符串长度
    if (len == 0 || IP[len - 1] == ':') return 0; // 字符串为空或以冒号结尾，无效

    int count = 0; // 段数计数器
    char* token = strtok(IP, ":"); // 按 ':' 分割字符串

    while (token) {
        count++; // 段数加 1
        if (count > 8) return 0; // 段数超过 8，无效
        int part_len = strlen(token); // 当前段的长度
        if (part_len == 0 || part_len > 4) return 0; // 段长度为 0 或超过 4，无效

        for (int i = 0; i < part_len; i++) {
            if (!isxdigit(token[i])) return 0; // 字符不是 16 进制数字，无效
        }

        token = strtok(NULL, ":"); // 获取下一个段
    }

    return count == 8; // 段数恰好为 8，有效
}

// 主函数，验证 IP 地址类型
char* solve(char* IP) {
    char* ipCopy = strdup(IP); // 复制 IP 字符串
    if (isValidIPv4(ipCopy)) {
        free(ipCopy); // 释放复制的字符串
        return "IPv4"; // 返回 "IPv4"
    }
    free(ipCopy); // 释放复制的字符串

    ipCopy = strdup(IP); // 再次复制 IP 字符串
    if (isValidIPv6(ipCopy)) {
        free(ipCopy); // 释放复制的字符串
        return "IPv6"; // 返回 "IPv6"
    }
    free(ipCopy); // 释放复制的字符串
    return "Neither"; // 返回 "Neither"
}

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代码解析

1. isValidIPv4 函数

• 使用 strtok 按 . 分割字符串。
• 检查每段是否为数字，且范围在 0 - 255 之间。
• 检查是否有前导零。

2. isValidIPv6 函数

• 使用 strtok 按 : 分割字符串。
• 检查每段是否为有效的 16 进制数。
• 检查每段长度是否在 1 - 4 之间。

3. solve 函数

• 复制 IP 字符串，避免修改原字符串。
• 依次调用 isValidIPv4 和 isValidIPv6 进行验证。
• 返回验证结果。

4.token = strtok(NULL, “.”);

• 第一次调用：
  第一次调用时，str 是要分割的原始字符串。strtok 会找到第一个分隔符，并将字符串从该位置分割开，返回第一个子字符串的指针。分隔符位置会被替换为 \0（字符串结束符），从而将原字符串分割成两部分。
• 后续调用：
  后续调用时，str 参数必须传入 NULL。strtok 会从上次分割的位置继续处理，返回下一个子字符串。这个过程会一直持续，直到没有更多的子字符串为止（此时返回 NULL）。

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复杂度分析

• 时间复杂度：(O(n))，其中 (n) 是字符串长度。
• 空间复杂度：(O(n))，用于存储复制的字符串。

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总结

方法	时间复杂度	空间复杂度	核心思想
分割字符串	(O(n))	(O(n))	按规则分割并验证每段是否合法

这题整体难度看似难度挺大，实际上只要记住一些IP规则即可，还有字符串处理函数。