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IPv4地址转Int之Java实现

JAVA 徐承恩 1807℃

讲个故事

面试官:IPv4地址可以转为Long类型的数字知道吧?你写一下这个转换的代码!

对计算机基础逐渐模糊的小徐一脸懵逼,毕竟工作中很少会用到,只记得IP地址和整数是可以相互转换的,但是从来没有自己实现过。于是在大脑中飞速计算。过了一会,思路出现了:IP地址分为四段,每段都是0~255之间的数,每段可以用8位来装下它,4×8=32位,也就是可以将IP地址转为32位的整数。咦?面试官居然让转成Long,但是Long有64位啊!一个int就搞定了,为什么要转为Long呢?但是自己没实现过,心里没底,再一犯嘀咕,然后回答不出来。面试没通过!!!

之后小徐一直心心念念这个问题,回来立马自己写了代码实现了一下,果然是int就搞定了,之前的思路一点都没错!!!

面试有时考验的不只是技术,还有自信心!!!

 

IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节)。IP地址通常用“点分十进制”表示成(a.b.c.d)的形式,其中,a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。

例:点分十进IP地址(100.4.5.6),实际上是32位二进制数(01100100.00000100.00000101.00000110)。

 

为什么8位能存储0~255之间的数字?

一个字节8个位,每个位就只有0跟1两种情况,8个位能表示2的8次方即256,范围0-255(带负值的话范围在:-128~127);

8位最小二进制为00000000转十进制即为0

8位最大二进制为11111111转十进制即为255

所以8位可存储0~255之间的数

IP地址本身就是一个32位的二进制数,只是通常被以a.b.c.d的形式表示而已。

那么为什么要将IP转为数字呢?

其实就是时间换空间的一种方式。

String类型的IP占用7个字节到15个字节0.0.0.0~255.255.255.255,而int只需要4个字节。

IP字符串转换为Int

/**
 * 将 ip 字符串转换为 int 类型的数字
 * <p>
 * 思路就是将 ip 的每一段数字转为 8 位二进制数,并将它们放在结果的适当位置上
 *
 * @param ipString ip字符串,如 127.0.0.1
 * @return ip字符串对应的 int 值
 */
public static int ip2Int(String ipString) {
    // 取 ip 的各段
    String[] ipSlices = ipString.split("\\.");
    int rs = 0;
    for (int i = 0; i < ipSlices.length; i++) {
        // 将 ip 的每一段解析为 int,并根据位置左移 8 位
        int intSlice = Integer.parseInt(ipSlices[i]) << 8 * i;
        // 或运算
        rs = rs | intSlice;
    }
    return rs;
}

有一个技巧,就是 或运算。就是将每段的 int 值左移到恰当的位置后跟保存结果的 int 值进行或运算。

255.255.255.255 这个地址为例,上面的或运算过程如下:

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 11111111
------------或运算------------
00000000 00000000 00000000 11111111
00000000 00000000 11111111 00000000
------------或运算------------
00000000 00000000 11111111 11111111
00000000 11111111 00000000 00000000
------------或运算------------
00000000 11111111 11111111 11111111
11111111 00000000 00000000 00000000
-----------最终结果------------
11111111 11111111 11111111 11111111

那么如何将 int 再转为字符串的表示法呢?

Int转换为IP字符串

思路是一样的,将 int 值的 32 位分为 4 个 8 位数字,然后这 4 个 8 位的数字用 0~255 的数字进行表示,用点号分隔即可。我们也基于位运算,7行代码即可实现:

/**
 * 将 int 转换为 ip 字符串
 *
 * @param ipInt 用 int 表示的 ip 值
 * @return ip字符串,如 127.0.0.1
 */
public static String int2Ip(int ipInt) {
    String[] ipString = new String[4];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        // 每 8 位为一段,这里取当前要处理的最高位的位置
        int pos = i * 8;
        // 取当前处理的 ip 段的值
        int and = ipInt & (255 << pos);
        // 将当前 ip 段转换为 0 ~ 255 的数字,注意这里必须使用无符号右移
        ipString[i] = String.valueOf(and >>> pos);
    }
    return String.join(".", ipString);
}

这里使用与运算来取每次处理的 ip 片段。取最高的 8 位时,涉及到符号的处理,因此在将每段 8 位转为 0~255 的数字时必须使用无符号右移运算,否则最后处理的部分因为符号问题会不准确。

测试一下

public static void main(String[] args) {
    String[] ips4Test = new String[]{"0.0.0.0", "127.0.0.1", 
    	"192.168.1.1", "255.0.0.255", "255.255.255.255"};
    for (String ip : ips4Test) {
        test(ip);
    }
}

public static void test(String ip) {
    int ipInt = ip2Int(ip);
    String ipString = int2Ip(ipInt);
    System.out.println("用于测试的ip地址: " + ip + ", int表示: " + ipInt + ", 二进制: " + Long.toBinaryString(ipInt)
            + ", 转回String: " + ipString + ",与测试 ip 地址是否相等: " + ip.equals(ipString));
}

打印结果:

用于测试的ip地址: 0.0.0.0, int表示: 0, 二进制: 0, 转回String: 0.0.0.0,与测试 ip 地址是否相等: true
用于测试的ip地址: 127.0.0.1, int表示: 16777343, 二进制: 1000000000000000001111111, 转回String: 127.0.0.1,与测试 ip 地址是否相等: true
用于测试的ip地址: 192.168.1.1, int表示: 16885952, 二进制: 1000000011010100011000000, 转回String: 192.168.1.1,与测试 ip 地址是否相等: true
用于测试的ip地址: 255.0.0.255, int表示: -16776961, 二进制: 1111111111111111111111111111111111111111000000000000000011111111, 转回String: 255.0.0.255,与测试 ip 地址是否相等: true
用于测试的ip地址: 255.255.255.255, int表示: -1, 二进制: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111, 转回String: 255.255.255.255,与测试 ip 地址是否相等: true

注意:这里相互转换的算法是配套的,不同的转换算法计算的 int 值可能会不一样,因为虽然都是处理 ip 的 4 个部分,但是它们的结合顺序可以不一样,因此以怎样的顺序搭配转为 int,就应该以相同的顺序解析为 String。

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