IP地址与UInt之间不得不说的故事

IP地址有很多种表示方式，比如原始的二进制，常用的点分十进制。但在涉及到一些有关IP的计算时，这两种表示方式的操作都不是很方便。本文介绍最近在网管项目中使用的uint型ip表示法。使用这种方式，不论是在IP地址的存储，还是计算处理上，都能得到立竿见影的效果。

首先贴出将IP转型为uint的代码：

 1     /// <summary>
 2     /// 将点分十进制格式的IP转换为UInt格式
 3     /// </summary>
 4     /// <param name="ipStr">IP的点分十进制表示</param>
 5     /// <returns></returns>
 6     private uint GetUIntFromIP(string ipStr)
 7     {
 8         if (String.IsNullOrEmpty(ipStr) || !IsIPAddress(ipStr)) return 0;
 9         string[] ipArr = ipStr.Split('.');
10         List<byte> ipIntArr = new List<byte>();
11         foreach (var s in ipArr)
12         {
13             ipIntArr.Add(byte.Parse(s));
14         }
15         uint result = 0;
16         for (int i = 0; i < 4; i++)
17         {
18             result += (uint)(ipIntArr[i] << (24 - i * 8));
19         }
20         return result;
21     }
22     /// <summary>
23     /// 验证是否是正确的IP地址
24     /// </summary>
25     /// <param name="ipStr">IP字符串</param>
26     /// <returns></returns>
27     private bool IsIPAddress(string IpStr)
28     {
29         if (String.IsNullOrEmpty(IpStr)) return false;
30         Regex regText = new Regex(@"^((1?\d?\d|(2([0-4]\d|5[0-5])))\.){3}(1?\d?\d|(2([0-4]\d|5[0-5])))$");
31         return regText.IsMatch(IpStr);
32     }

在上面的GetLongFromIP方法中，首先进行了简单的IP验证，然后将IP地址拆分成byte型的4段。循环中的关键代码 result += (ipUintArr[i] << (24 - i * 8)) 对IP地址的4段分别进行移位操作，再将结果相加。

我们知道，IP地址的最大值表示为：255.255.255.255，也就是其二进制表示的32位全为1。该最大值用上述方法处理后的结果为：4294967295。这正好是C#中uint值的最大值（C#中uint为32位无符号整数）。可以看到，用这种方式将IP地址转换为uint是再合适不过。

理解了上述代码，再将uint格式的IP转换为常见的点分十进制格式，就很简单了，基本上就是上述方法的逆运算：

 1     /// <summary>
 2     /// 将UInt格式的IP转换为点分十进制格式
 3     /// </summary>
 4     /// <param name="ip"></param>
 5     /// <returns></returns>
 6     private string GetIPStrFromUint(uint ip)
 7     {
 8         byte first = (byte)(ip >> 24);
 9         byte second = (byte)((ip - (first << 24)) >> 16);
10         byte third = (byte)((ip - (second << 16) - (first << 24)) >> 8);
11         byte four = (byte)(ip - (second << 16) - (first << 24) - (third << 8));
12         return String.Format("{0}.{1}.{2}.{3}", first, second, third, four);
13     }

掌握了IP地址与UInt格式的互转，会给我们在IP地址的处理上带来很多方便。比如常见的某一个网段之间的IP数量（这里的网段用开始IP和结束IP标识）：

 1     /// <summary>
 2     /// 获取网段之间的IP数量
 3     /// </summary>
 4     /// <param name="beginIP"></param>
 5     /// <param name="endIP"></param>
 6     /// <returns></returns>
 7     private uint GetIPCountFromNet(string beginIP,string endIP)
 8     {
 9         if (String.IsNullOrEmpty(beginIP) || String.IsNullOrEmpty(endIP)) return 0;
10         return GetUIntFromIP(endIP) - GetUIntFromIP(beginIP) + 1;
11     }

再比如获取两个IP之间包含的IP地址列表：

 1     /// <summary>
 2     /// 获取两个IP之间的IP列表
 3     /// </summary>
 4     /// <param name="beginIP"></param>
 5     /// <param name="lastIP"></param>
 6     /// <returns></returns>
 7     private IEnumerable<string> GetIPListFromNet(string beginIP, string lastIP)
 8     {
 9         if (String.IsNullOrEmpty(beginIP) || String.IsNullOrEmpty(lastIP)) yield return null;
10 
11         uint beginAddress = GetUIntFromIP(beginIP);
12         uint lastAddress = GetUIntFromIP(lastIP);
13         uint temp = lastAddress - beginAddress;
14         for (uint i = 0; i <= temp; i++)
15         {
16             uint tempAddress = beginAddress + i;
17             //将UInt格式的IP转换为点分十进制表示
18             string ipAddress =  GetIPStrFromUint(tempAddress);
19             yield return ipAddress;
20         }
21     }

另外，如果要查询一个IP地址是否属于某个网段，转换成UInt格式以后非常方便。而传统的Sql不会智能到可以判断 begin_ip<='xxx.xxx.xxx.xxx'<=end_ip。当然，也可以利用一些Sql内置函数实现此功能，只是相比本文提到的UInt方式，相对繁琐：

select count(id) 
from ip_net 
where 
    right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',4),3) 
    + right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',3),3) 
    + right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',2),3) 
    + right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',1),3)
between 
    right('000' + parsename(begin_ip,4),3) 
    + right('000' + parsename(begin_ip,3),3) 
    + right('000' + parsename(begin_ip,2),3) 
    + right('000' + parsename(begin_ip,1),3)
and
    right('000' + parsename(end_ip,4),3) 
    + right('000' + parsename(end_ip,3),3) 
    + right('000' + parsename(end_ip,2),3) 
    + right('000' + parsename(end_ip,1),3)