面試題:請(qǐng)用代碼實(shí)現(xiàn)ip地址與int之間互換?
來(lái)自:Java面試那些事兒
面試官:Ipv4地址可以轉(zhuǎn)為L(zhǎng)ong類型的數(shù)字知道吧?你寫(xiě)一下這個(gè)轉(zhuǎn)換的代碼。
對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)逐漸模糊的小黃一臉懵逼,畢竟工作中很少會(huì)用到,只記得ip地址和整數(shù)是可以相互轉(zhuǎn)換的,但是從來(lái)沒(méi)有自己實(shí)現(xiàn)過(guò)。于是在大腦中飛速計(jì)算。過(guò)了一會(huì),思路出現(xiàn)了:ip 地址分為四段,每段都是 0~255 之間的數(shù),每段可以用 8 位來(lái)裝下它,4x8=32位,也就是可以將ip地址轉(zhuǎn)為 32 位的整數(shù)。咦?面試官居然讓轉(zhuǎn)成 Long,但是 Long 有 64 位啊!一個(gè) int 就搞定了,為什么要轉(zhuǎn)為L(zhǎng)ong呢?但是自己沒(méi)實(shí)現(xiàn)過(guò),心里沒(méi)底,再一犯嘀咕,然后回答不出來(lái)。面試沒(méi)通過(guò)。
之后小黃一直心心念念這個(gè)問(wèn)題,回來(lái)立馬自己寫(xiě)了代碼實(shí)現(xiàn)了一下,果然是 int 就搞定了,之前的思路一點(diǎn)都沒(méi)錯(cuò)!
面試有時(shí)考驗(yàn)的不只是技術(shù),還有自信心。
解決
IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù),通常被分割為4個(gè)“8位二進(jìn)制數(shù)”(也就是4個(gè)字節(jié))。IP地址通常用“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示成(a.b.c.d)的形式,其中,a,b,c,d都是0~255之間的十進(jìn)制整數(shù)。例:點(diǎn)分十進(jìn)IP地址(100.4.5.6),實(shí)際上是32位二進(jìn)制數(shù)(01100100.00000100.00000101.00000110)。–《百度百科》
也就是說(shuō),ip 地址本身就是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù),只是通常被以 a.b.c.d 的形式表示而已。原理在這,解決也就容易得很了。
那么為什么要將 ip 轉(zhuǎn)為數(shù)字呢?其實(shí)就是時(shí)間換空間的一種方式。String類型的ip占用 7 (如0.0.0.0) 到 15 (如 255.255.255.255) 個(gè)字節(jié),而 int 只需要 4 個(gè)字節(jié)!
那么要如何轉(zhuǎn)換呢?
ip 字符串轉(zhuǎn)換為 int
我們用位運(yùn)算,只需 7 行代碼,即可實(shí)現(xiàn)。
/**
* 將 ip 字符串轉(zhuǎn)換為 int 類型的數(shù)字
* <p>
* 思路就是將 ip 的每一段數(shù)字轉(zhuǎn)為 8 位二進(jìn)制數(shù),并將它們放在結(jié)果的適當(dāng)位置上
*
* @param ipString ip字符串,如 127.0.0.1
* @return ip字符串對(duì)應(yīng)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++) {
// 將 ip 的每一段解析為 int,并根據(jù)位置左移 8 位
int intSlice = Integer.parseInt(ipSlices[i]) << 8 * i;
// 求與
rs = rs | intSlice;
}
return rs;
}
有一個(gè)技巧,就是 或運(yùn)算。就是將每段的 int 值左移到恰當(dāng)?shù)奈恢煤蟾4娼Y(jié)果的 int 值進(jìn)行或運(yùn)算。
以 255.255.255.255 這個(gè)地址為例,上面的或運(yùn)算過(guò)程如下。
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 11111111
------------或運(yùn)算------------
00000000 00000000 00000000 11111111
00000000 00000000 11111111 00000000
------------或運(yùn)算------------
00000000 00000000 11111111 11111111
00000000 11111111 00000000 00000000
------------或運(yùn)算------------
00000000 11111111 11111111 11111111
11111111 00000000 00000000 00000000
-----------最終結(jié)果------------
11111111 11111111 11111111 11111111
那么如何將 int 再轉(zhuǎn)為字符串的表示法呢?
int 位轉(zhuǎn)換為 ip 字符串
其實(shí)也很簡(jiǎn)單,思路是一樣的,將 int 值的 32 位分為 4 個(gè) 8 位數(shù)字,然后這 4 個(gè) 8 位的數(shù)字用 0~255 的數(shù)字進(jìn)行表示,用點(diǎn)號(hào)分隔即可。我們也基于位運(yùn)算,7 行代碼即可實(shí)現(xiàn)。
/**
* 將 int 轉(zhuǎn)換為 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 位為一段,這里取當(dāng)前要處理的最高位的位置
int pos = i * 8;
// 取當(dāng)前處理的 ip 段的值
int and = ipInt & (255 << pos);
// 將當(dāng)前 ip 段轉(zhuǎn)換為 0 ~ 255 的數(shù)字,注意這里必須使用無(wú)符號(hào)右移
ipString[i] = String.valueOf(and >>> pos);
}
return String.join(".", ipString);
}
這里使用與運(yùn)算來(lái)取每次處理的 ip 片段。取最高的 8 位時(shí),涉及到符號(hào)的處理,因此在將每段 8 位轉(zhuǎn)為 0~255 的數(shù)字時(shí)必須使用無(wú)符號(hào)右移運(yùn)算,否則最后處理的部分因?yàn)榉?hào)問(wèn)題會(huì)不準(zhǔn)確。
測(cè)試一下
我們拿一組 ip 地址來(lái)測(cè)試一下。
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("用于測(cè)試的ip地址: " + ip + ", int表示: " + ipInt + ", 二進(jìn)制: " + Long.toBinaryString(ipInt)
+ ", 轉(zhuǎn)回String: " + ipString + ",與測(cè)試 ip 地址是否相等: " + ip.equals(ipString));
}
輸出結(jié)果如下。
用于測(cè)試的ip地址: 0.0.0.0, int表示: 0, 二進(jìn)制: 0, 轉(zhuǎn)回String: 0.0.0.0,與測(cè)試 ip 地址是否相等: true
用于測(cè)試的ip地址: 127.0.0.1, int表示: 16777343, 二進(jìn)制: 1000000000000000001111111, 轉(zhuǎn)回String: 127.0.0.1,與測(cè)試 ip 地址是否相等: true
用于測(cè)試的ip地址: 192.168.1.1, int表示: 16885952, 二進(jìn)制: 1000000011010100011000000, 轉(zhuǎn)回String: 192.168.1.1,與測(cè)試 ip 地址是否相等: true
用于測(cè)試的ip地址: 255.0.0.255, int表示: -16776961, 二進(jìn)制: 1111111111111111111111111111111111111111000000000000000011111111, 轉(zhuǎn)回String: 255.0.0.255,與測(cè)試 ip 地址是否相等: true
用于測(cè)試的ip地址: 255.255.255.255, int表示: -1, 二進(jìn)制: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111, 轉(zhuǎn)回String: 255.255.255.255,與測(cè)試 ip 地址是否相等: true
注意,這里相互轉(zhuǎn)換的算法是配套的,不同的轉(zhuǎn)換算法計(jì)算的 int 值可能會(huì)不一樣,因?yàn)殡m然都是處理 ip 的 4 個(gè)部分,但是它們的結(jié)合順序可以不一樣,因此以怎樣的順序搭配轉(zhuǎn)為 int,就應(yīng)該以相同的順序解析為 String。
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