C语言编程实现对IPV4地址的合法性判断（使用正则表达式）

有了解过我的朋友，可能有点印象，我在N年前的博客中，就写了这个主题，当时确实是工作中遇到了这个问题。本想着等工作搞完之后，就把这个问题的解决代码补上，结果一鸽，就是好几年，真是惭愧。现在把这部分代码公开，欢迎大家来下载测试。

1 写在前面

之前我写过一篇博文，主要介绍如何使用C语言编程实现对IPV4地址的合法性进行判断，不过那次我使用的原生的C语言函数来实现的，本篇博文将给大家介绍一下，如何在C语言编程的环境下，使用正则表达式完成这个功能需求。

2 什么是正则表达式

正则表达式是一种用于匹配文本模式的工具，它可以通过一些特定的字符和语法规则来描述一个文本模式，并在文本中查找符合该模式的字符串。正则表达式可以用于文本搜索、替换、验证等多种应用场景，是程序员和文本处理工作者必备的工具之一。

正则表达式，在一些高级编程语言中，都有成熟的库接口来调用，而在C语言中，却鲜有这样的例子。但并不是说它不能用，其实它也是可以用的。

在C语言中使用正则表达式时，有一些注意事项需要注意：

1. 首先需要包含regex.h头文件。
2. 在使用正则表达式之前，需要使用regcomp()函数将正则表达式编译成一个模式。
3. 在使用regexec()函数执行正则表达式时，可以使用REG_EXTENDED选项来启用扩展正则表达式，或使用REG_ICASE选项来忽略大小写。
4. 在使用regexec()函数时，如果返回值为0，表示匹配成功；如果返回值为REG_NOMATCH，表示没有匹配成功；如果返回值为其他值，表示发生了错误。
5. 在使用regerror()函数获取错误信息时，需要提供一个缓冲区和缓冲区大小。
6. 在使用完正则表达式后，需要使用regfree()函数释放编译后的模式。
7. 正则表达式中的特殊字符需要进行转义，例如.需要写成\.，否则它将匹配任何字符。
8. 正则表达式中的括号可以用于分组，例如([0-9]{1,3}\.){3}[0-9]{1,3}可以匹配一个IP地址。
9. 在使用正则表达式时，需要注意性能问题，因为正则表达式匹配可能会消耗大量的CPU资源。可以考虑使用更简单的字符串匹配算法，例如strstr()函数。

更多关于正则表达式的介绍，可以参考：正则表达式语言 - 快速参考 | Microsoft Learn

3 需求分析

其实，本专题的需求很简单，就是输入一段字符串，判断它是不是合法的IPv4地址。仅仅从功能上看，似乎很简单，但是真正要做到很完美，也是需要下点功夫的。不信，你看看下文的拆解。

4 C语言版本（正则表达式）

我们先上一个简单版本，直接看代码：

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

#include <regex.h>

static int is_valid_ipv4_regex(const char *ip_address)
{
    regex_t regex;
    int reti;

    // Compile regular expression
    reti = regcomp(&regex, "^([0-9]{1,3}\\.){3}[0-9]{1,3}$", REG_EXTENDED);
    if (reti) {
        fprintf(stderr, "Could not compile regex\n");
        reti = 0;
    }

    // Execute regular expression
    printf("%s\n", ip_address);
    reti = regexec(&regex, ip_address, 0, NULL, 0);
    if (!reti) {
        printf("Valid IP address %d\n", reti);
        reti = 1;
    } else if (reti == REG_NOMATCH) {
        printf("Invalid IP address xxx %d\n", reti);
        reti = 0;
    } else {
        char error_message[100];
        regerror(reti, &regex, error_message, sizeof(error_message));
        fprintf(stderr, "Regex match failed: %s\n", error_message);
        reti = 0;
    }

exit_entry:

    // Free compiled regular expression
    regfree(&regex);

    return reti;
}


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); 
    ret = is_valid_ipv4_regex(ip); 

    return ret; 
}

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

    printf("check %s\n", ip);
    printf("ret %d\n", check_is_valid_ipv4(ip));
}

编译运行一下，输入一个常见的ipv4地址是没有问题，比如 “192.168.0.1”；同时，非法的字符输入也是会报错的。

recan@ubuntu:~$ 
recan@ubuntu:~$ 
recan@ubuntu:~$ ./test 192.168.1.3
check 192.168.1.3
192.168.1.3
Valid IP address 0
ret 1
recan@ubuntu:~$ ./test 192.168.1.t
check 192.168.1.t
192.168.1.t
Invalid IP address xxx 1
ret 0
recan@ubuntu:~$ 
recan@ubuntu:~$ ./test 192.168.1.oo
check 192.168.1.oo
192.168.1.oo
Invalid IP address xxx 1
ret 0
recan@ubuntu:~$ 
recan@ubuntu:~$ ./test 192.168.01.8
check 192.168.01.8
192.168.01.8
Valid IP address 0
ret 1
recan@ubuntu:~$ 
recan@ubuntu:~$

但是细心的朋友可能互发现，当IP地址某一段带前导0时，貌似也会判断为正确的IP地址，而实际上我们一般不会这样写。

那么如何才能规避掉这种情况呢？

有没有可能通过正则表达式来完成呢？

这个问题留给读者自行去探索，是个非常有趣的正则表达式学习。

只要完成了这个功能，相信一定能够让你对正则表达式掌握得更加深入。

5 完整测试用例

本小节给大家补充一下各种测试用例，希望对大家测试代码有帮助：

合法的测试输入
192.168.0.1
10.0.0.1
172.16.0.1
255.255.255.255

非法的测试输入
256.0.0.1
192.168.0.0.1
192.168.0
192.168.0.1.2

非法的测试输入
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

测试用例是不断丰富的，欢迎大家来补充。