精通正则表达式：如何准确匹配IPv4地址

使用正则表达式匹配合法的IPv4地址是一项常见的编程任务。IPv4地址由四个部分组成，每个部分都是一个0到255之间的数字，且这些数字之间用点（.）分隔。以下是一个详细的方法，教你如何使用正则表达式来匹配合法的IPv4地址。

一、IPv4地址的基本规则

1. IPv4地址由四个数字组成，每个数字在0到255之间。
2. 每个数字之间用点（.）分隔。
3. 每个数字不能含有前导零，除非该数字为零本身（例如，0是合法的，但01不是）。

二、构建正则表达式

根据IPv4地址的规则，我们可以构建一个正则表达式来匹配它。以下是一个可能的正则表达式：

^(?!.*\b0\d)\b((25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)\.){3}(25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)$

解释：

1. ^ 和 $：分别表示匹配字符串的开始和结束，确保整个字符串符合规定。
2. (?!.*\b0\d)：这是一个负向前瞻（negative lookahead），用于确保地址中没有任何数字部分以0开头。例如，它会排除01、001等无效格式。
3. \b：单词边界符，确保数字部分是独立的，并且不会有其他字符与数字相连。
4. ((25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)\.){3}：这部分匹配前三个数字部分，它确保每个数字在0到255之间，并且每个数字部分后面跟一个点（.）。
   • 25[0-5]：匹配250到255。
   • 2[0-4][0-9]：匹配200到249。
   • [01]?[0-9][0-9]?：匹配0到199，同时支持一位数或两位数的匹配。这里的[01]?表示0或1可能出现0次或1次（即允许一位数的1-9前面没有0，也允许两位数的10-99前面有0但只作为前导零的占位，实际上由于前面的负向前瞻，这种前导零的情况会被排除）。但考虑到负向前瞻已经排除了前导零的情况，这里的[01]?可以简化为[0-9]?|1[0-9]|2[0-9]?（即0-9，10-19，20-29的简化表示，但由于2[0-9]?会匹配到20-29以及非法的200-299的前缀，所以实际上在完整表达式中仍使用[01]?[0-9][0-9]?并依赖负向前瞻来排除非法情况），但在整个表达式中为了保持一致性，这里仍使用原文的写法。
5. (25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)：这部分匹配最后一个数字部分，规则与前三个数字部分相同。

三、在编程语言中使用正则表达式

以下是一个在Python中使用上述正则表达式验证IPv4地址的示例：

import re

def is_valid_ipv4(ip):
    pattern = r"^(?!.*\b0\d)\b((25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)\.){3}(25[0-5]|2[0-4][0-9]|[01]?[0-9][0-9]?)$"
    return bool(re.match(pattern, ip))

# 测试
print(is_valid_ipv4("192.168.0.1"))  # True
print(is_valid_ipv4("256.256.256.256"))  # False
print(is_valid_ipv4("192.168.01.1"))  # False

四、总结

通过以上步骤，我们学习了如何使用正则表达式来验证IPv4地址。正则表达式中的各个部分共同协作，确保了只有符合IPv4地址规则的字符串才能被匹配。这种方法在各种编程语言中都可以使用，只要该语言支持正则表达式。