C++ 检测 IPv4 和 IPv6 地址合法性
C++ 检测 IPv4 和 IPv6 地址合法性
概述
在网络编程中，经常需要验证 IP 地址的合法性。本文介绍两种在 C++ 中检测 IPv4 和 IPv6 地址合法性的方法：使用系统原生接口和手动解析验证。系统接口方法简单可靠，推荐优先使用；手动解析方法适用于无法使用系统接口的特殊场景。
方法一：使用系统原生接口（推荐）
利用 POSIX 标准中的 inet_pton 函数，该函数可同时支持 IPv4 和 IPv6 地址的验证，能正确处理各种合法格式（包括 IPv6 的压缩格式）。
#include <iostream>
#include <string>
#include <arpa/inet.h> // 包含inet_pton函数// 检测IPv4地址合法性
bool is_valid_ipv4(const std::string& ip) {struct in_addr addr;// inet_pton返回1表示成功，0表示格式错误，-1表示地址族错误return inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &addr) == 1;
}// 检测IPv6地址合法性
bool is_valid_ipv6(const std::string& ip) {struct in6_addr addr;return inet_pton(AF_INET6, ip.c_str(), &addr) == 1;
}// 检测是否为合法IP（IPv4或IPv6）
bool is_valid_ip(const std::string& ip) {return is_valid_ipv4(ip) || is_valid_ipv6(ip);
}int main() {// 测试用例std::string ipv4_test1 = "192.168.1.1";std::string ipv4_test2 = "256.0.0.1"; // 非法（256超过255）std::string ipv6_test1 = "2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334";std::string ipv6_test2 = "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"; // 压缩格式std::string ipv6_test3 = "2001:db8:85a3:::8a2e:370:7334"; // 非法（双冒号过多）std::cout << ipv4_test1 << " 是" << (is_valid_ipv4(ipv4_test1) ? "" : "非") << "合法IPv4\n";std::cout << ipv4_test2 << " 是" << (is_valid_ipv4(ipv4_test2) ? "" : "非") << "合法IPv4\n";std::cout << ipv6_test1 << " 是" << (is_valid_ipv6(ipv6_test1) ? "" : "非") << "合法IPv6\n";std::cout << ipv6_test2 << " 是" << (is_valid_ipv6(ipv6_test2) ? "" : "非") << "合法IPv6\n";std::cout << ipv6_test3 << " 是" << (is_valid_ipv6(ipv6_test3) ? "" : "非") << "合法IPv6\n";return 0;
}
代码解析
-
核心函数：
inet_pton：将点分十进制（IPv4）或冒号分隔（IPv6）的 IP 地址字符串转换为二进制格式- 函数返回值：1 表示转换成功（地址合法），0 表示格式错误，-1 表示地址族错误
-
函数说明：
is_valid_ipv4：检测 IPv4 地址，使用AF_INET地址族is_valid_ipv6：检测 IPv6 地址，使用AF_INET6地址族is_valid_ip：检测是否为合法 IP 地址（IPv4 或 IPv6）
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测试用例：
- 包含合法和非法的 IPv4 地址
- 包含完整格式、压缩格式和非法格式的 IPv6 地址
编译与运行
-
Linux/macOS：
g++ ip_checker.cpp -o ip_checker && ./ip_checker -
Windows（需要链接 Winsock 库）：
g++ ip_checker.cpp -o ip_checker -lws2_32 && ip_checker.exe
方法二：手动解析验证
当无法使用系统接口时，可以通过手动解析字符串来验证 IP 地址格式。这种方法需要自己处理各种格式规则，实现相对复杂。
IPv4 手动验证
#include <string>
#include <sstream>
#include <vector>
#include <cctype>// 分割字符串
std::vector<std::string> split(const std::string& s, char delim) {std::vector<std::string> parts;std::string part;std::istringstream iss(s);while (std::getline(iss, part, delim)) {parts.push_back(part);}return parts;
}// 手动检测IPv4（点分十进制）
bool is_valid_ipv4_manual(const std::string& ip) {auto parts = split(ip, '.');// 必须有4个部分if (parts.size() != 4) return false;for (const auto& part : parts) {// 每个部分不能为空且长度不能超过3if (part.empty() || part.size() > 3) return false;// 检查是否全为数字for (char c : part) {if (!std::isdigit(c)) return false;}// 检查范围是否在0-255之间int num = std::stoi(part);if (num < 0 || num > 255) return false;// 检查是否有前导零（如"01"是非法的，"0"是合法的）if (part.size() > 1 && part[0] == '0') return false;}return true;
}
IPv6 手动验证
// 手动检测IPv6（冒号分隔）
bool is_valid_ipv6_manual(const std::string& ip) {auto parts = split(ip, ':');// IPv6地址段数应在2-8之间if (parts.size() < 2 || parts.size() > 8) return false;// 检查压缩符"::"是否出现且仅出现一次int double_colon_count = 0;for (const auto& part : parts) {if (part.empty()) {double_colon_count++;}}if (double_colon_count > 1) return false;// 检查每个段是否为合法的十六进制值for (const auto& part : parts) {if (part.empty()) continue; // 跳过压缩段// 每个段长度不能超过4if (part.size() > 4) return false;// 检查是否为十六进制字符for (char c : part) {if (!std::isxdigit(c)) return false;}}return true;
}
手动解析注意事项
-
IPv4 验证要点：
- 必须由 4 个部分组成，用点号分隔
- 每个部分为 0-255 之间的整数
- 不能有前导零（除非该部分就是 0）
-
IPv6 验证要点：
- 必须由 2-8 个部分组成，用冒号分隔
- 每个部分为 0-FFFF 之间的十六进制数
- 支持压缩格式（
::），但只能出现一次 - 不处理特殊地址（如本地回环地址
::1）的特殊验证
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局限性：
- 手动解析容易遗漏边缘情况
- 不支持所有合法格式（如 IPv6 的内嵌 IPv4 地址）
- 实现复杂，维护成本高
总结
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
系统接口（inet_pton） | 简单可靠、支持所有合法格式、维护成本低 | 依赖系统接口 | 大多数常规场景 |
| 手动解析 | 不依赖系统接口 | 实现复杂、易出错、不支持所有格式 | 无法使用系统接口的特殊场景 |
推荐优先使用系统接口方法，它能正确处理各种复杂的 IP 地址格式，且实现简单可靠。在必须使用手动解析的场景下，应进行充分的测试，覆盖各种边缘情况。