验证字符串是否为有效的IP地址

需求描述

Write a Java program to check a string is a valid IP address.

解决方案

在Java中，我们可以使用正则表达式或者内置的Java类库来验证字符串是否是一个合法的IP地址。以下是两种不同的实现方法。

方法一：使用正则表达式

import java.util.regex.Pattern;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String ip = "192.168.0.1";
        boolean isValid = isValidIP(ip);
        System.out.println(isValid ? "IP地址有效" : "IP地址无效");
    }

    private static boolean isValidIP(String ip) {
        // 定义一个IPv4地址的正则表达式
        String regex = "^((25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)\\.){3}(25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)$";
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);
        return pattern.matcher(ip).matches();
    }
}

在此代码中，我们首先定义了一个IP地址的正则表达式，然后使用Pattern.compile和matcher方法检查给定的IP地址是否符合此正则表达式。

时间复杂度：O(n)，n为待检测的字符串的长度。正则表达式会进行完整的字符串遍历。

空间复杂度：O(1)，不需要额外的存储空间，只需要一个标记位来存储正则匹配结果。

详细解释正则表达式：

^((25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)\\.){3}(25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)$

这个正则表达式是用来验证IPv4地址的，下面是对这个正则表达式的详细解释：

1. ^：这个符号表示字符串的开始。这意味着我们要从字符串的开始部分进行匹配。

2. ((25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)\\.)：这个部分在对四部分的IP地址进行匹配，每部分都在0到255之间。

   • 25[0-5]：这部分用于匹配250-255之间的数字。

   • 2[0-4]\\d：这部分用于匹配200-249之间的数字。

   • [01]?\\d\\d?：这部分用于匹配0-199之间的数字。[01]?表示第一位数字可以是0或1，也可以没有。\\d\\d?表示第二位和第三位可以是任何数字，第三位数字也可以没有。

   • \\.：这部分匹配IP地址中的点（.）。

   这个部分后面的{3}表示这个部分需要重复三次，也就是说，前三部分的IP地址都需要符合这个规则。

3. (25[0-5]|2[0-4]\\d|[01]?\\d\\d?)：这个部分用于匹配IP地址的最后一部分，规则与前面的部分一样。

4. $：这个符号表示字符串的结束。这意味着我们要在字符串的结束部分进行匹配。

综合以上，这个正则表达式的含义就是：字符串的开始到结束都要符合IPv4地址的规则，IP地址是由四部分组成，每部分都在0-255之间，并且四部分之间用点（.）分隔。

方法二：使用InetAddress类

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String ip = "192.168.0.1";
        boolean isValid = isValidIP(ip);
        System.out.println(isValid ? "IP地址有效" : "IP地址无效");
    }

    private static boolean isValidIP(String ip) {
        try {
            // 如果IP地址无效，InetAddress.getByName会抛出UnknownHostException
            InetAddress.getByName(ip);
            return true;
        } catch (UnknownHostException e) {
            return false;
        }
    }
}

在这个方法中，我们使用了InetAddress.getByName方法来检查IP地址的合法性。如果IP地址无效，此方法会抛出一个UnknownHostException异常，我们通过捕获此异常来判断IP地址的合法性。

时间复杂度：O(n)，n为待检测的字符串的长度。需要遍历并分割整个字符串，并且对分割后的每个部分进行检查。

空间复杂度：O(m)，m为分割后得到的字符串数组的长度（即IP地址的段数，一般为4）。这是因为需要用到额外的存储空间来存储分割后的字符串数组。

这两种方法都可以有效地检查字符串是否是一个合法的IP地址，你可以根据自己的需要选择使用。