快速入门IPv6和正则表达式
【摘要】
多个市场要求无线4G网管全面支持IPv6，在开发过程中，遇到大量需要做IPv6校验的地方，本文通过正则表达式解决IPv6校验的问题，来介绍正则表达式最基本的用法，帮助大家入门，打消对正则表达式的心理恐惧。
【关键词】
IPv6，正则表达式
1背景
在学习正则表达式时，有一个美式笑话：
“Some people, when confronted with a problem, think“I know, I’ll use regular expressions.”Now they have two problems.”
当你意识到一个问题可以用正则表达式来解决时，你就有两个问题了，因为正则表达式本身就是一个big problem。2012年6月6日，全球范围内的IPv6网络正式启动，IPv6的应用已经是大势所趋。本文通过正则表达式解决IPv6校验的问题，来介绍正则表达式最基本的用法，帮助大家入门。
正则表达式（Regular expressions）本质上是一个微小的且高度专业化的编程语言，它被嵌入到高级语言中供程序员使用。正则表达式通过指定一些规则来描述那些你希望匹配的字符串集合，比如Email地址，IP地址。正则表达式的强大之处在于一些特殊符号的应用，特殊符号定义了字符集合、子组匹配、模式重复次数。如果没有这些特殊字符，正则表达式就和大多数文本编辑器中的Ctrl+F一样平庸，仅仅只是匹配纯字符而已。
2实践情况
2.1正则表达式特殊字符说明
正则字符包括保留字（. ^ $ * + ? { } [ ] ( ) \ |）和其它字符，下面列出最常用的正则表达式特殊字符的详细含义：
下边列举了由字符'\'和另一个字符组成的特殊含义。注意，'\' +元字符的组合可以解除元字符的特殊功能
2.2正则表达式特殊字符的4个角色
为方便记忆，可以按字符的功能，分为4个角色：
2.3常用正则表达式
2.4正则表达式在高级语言中的应用
以python中的re模块和java中的java.util.regex为例，做一个对比，展示正则表达式在高级语言中的一些常用用法。
2.5IPv4表示法
IP地址的长度为32b(bit)，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0~255，段与段之间用英文句点“.”隔开。例如：某台计算机IP地址为111.22.33.4。
分析IP地址的组成特点：250-255、200-249、0-199。这三种情况可以分开考虑：
250-255：三位数，百位是2，十位是5，个位是0~5，用正则表达式可以写成：25[0-5]
200-249：三位数，百位是2，十位是0~4，个位是0~9，用正则表达式可以写成：2[0-4]\d
0-199：这个可以继续分拆:
l0-9： 一位数，个位是0~9，用正则表达式可以写成：\d
l10-99：二位数，十位是1~9，个位是0~9，用正则表达式可以写成：[1-9]\d
l100-199：三位数，百位是1，十位是0~9，个位是0~9，用正则表达式可以写成：1\d{2}
于是0-99的正则表达式可以合写为[1-9]?\d，那么0-199用正则表达式就可以写成(1\d{2})|([1-9]?\d)，这样0~255的正则表达式就可以写成(25[0-5]|2[0-4]\d|((1\d{2})|([1-9]?\d)))
最后，后面3段加上句点.可以使用{3}重复得到，得到IP地址的正则表达式，可以写成如下形式，2种均可：
2.6IPv6表示法
IPv6的地址长度为128b（bit），是IPv4地址长度的4倍。采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法：
分析IPv6地址的特点，可以归纳如下：
| 标准十六进制表示法（包括前导0省略） | 纯数字格式： | ([0-9A-Fa-f]{1,4}:){7}([0-9A-Fa-f]{1,4}|:) |
| 2001:0008:0009:0023:0008:0800:8888:9999 | ||
| 纯字母格式： | ||
| ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD | ||
| 数字和字母混合格式： | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 | ||
| 格式中前面带0： | ||
| 2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A | ||
| 格式中前面每一位为0： | ||
| 0001:0DB8:0000:0023:0008:0800:000C:017A | ||
| 全0： | ||
| 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 | ||
| 多位0在中间：如fec0:1:0:0:0:0:0:1234 | ||
| 多位0在前面：如0:0:0:0:0:1234:fec0:1 | ||
| 多位0在最后：如1234:fec0:1:0:0:0:0:0 | ||
| 全0：0:0:0:0:0:0:0:0 | ||
| 全0：0:000:0:0:0:0:0:0 | ||
| 全0：0:00:0:0:0:0:0:0 | ||
| 全0：0:0000:0:0:0:0:0:0 | ||
| 前导0省略位置遍历 | ||
| 1个位置前导0省略： | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:1 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2:9999 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:2:EF01:9999 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:2:ABCD:EF01:9999 | ||
| ABCD:EF01:2345:2:6789:ABCD:EF01:9999 | ||
| ABCD:EF01:2:2345:6789:ABCD:EF01:9999 | ||
| ABCD:2:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:9999 | ||
| 2:ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:9999 | ||
| 其他前导0省略情况： | ||
| 89:DB8:0:23:8:800:C:417 | ||
| 89:DB8:0:23:8:800:0C:417 | ||
| 89:DB8:0:23:8:800:00C:417 | ||
| 89:DB8:0:23:8:800:000C:417 | ||
| 2001:DB8:0:23:8:800:000C:417A | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){6}(((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3})|:[0-9A-Fa-f]{1,4}|:)) |
| （左起有6个位置用标准16进制表示） | ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01::EF01 | |
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:: | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){5}(:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3})|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,2})|:)) |
| （左起有5个位置用标准16进制表示） | ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::EF01 | |
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:: | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD:EF01:2345:6789::EF01:8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){4}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4})?:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,3})|:)) |
| （左起有4个位置用标准16进制表示） | ABCD:EF01:2345:6789::8.8.8.9 | |
| ABCD:EF01:2345:6789::EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789::EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789::EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345:6789:: | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD:EF01:2345::8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){3}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,2}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,4})|:)) |
| （左起有3个位置用标准16进制表示） | ABCD:EF01:2345::EF01:8.8.8.9 | |
| ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD:EF01:2345::EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345::EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:2345:: | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD:EF01::8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){2}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,3}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,5})|:)) |
| （左起有2个位置用标准16进制表示） | ABCD:EF01::EF01:8.8.8.9 | |
| ABCD:EF01::EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD:EF01::EF01 | ||
| ABCD:EF01::EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:EF01:: | ||
| 0位压缩表示法 | ABCD::8.8.8.9 | (([0-9A-Fa-f]{1,4}:){1}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,4}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,6})|:)) |
| （左起有1个位置用标准16进制表示） | ABCD::EF01:8.8.8.9 | |
| ABCD::EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ABCD::EF01 | ||
| ABCD::EF01:EF01 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ABCD:: | ||
| 0位压缩表示法 | ::8.8.8.9 | (:(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,5}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,7})|:)) |
| （左起开始压缩） | ::EF01:8.8.8.9 | |
| ::EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9 | ||
| ::EF01 | ||
| ::EF01:EF01 | ||
| ::EF01:EF01:EF01 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| ::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01 | ||
| :: |
综上，得出IPv6地址的完整正则表达式为：
3效果评价
对于日常开发中只接触IPv4，并没有深入研究过正则表达式的开发者，面对IPv6和正则表达式，容易产生畏惧心理，觉得是两座难以翻越的大山。本文通过一些表格整理对IPv6的表示方法，以及正则表达式的特殊符号进行了分类和说明，带领大家快速入门IPv6和正则表达式。
4推广建议
本文所述IPv6正则表达式已经过测试，可以直接拿到各个高级语言中应用。
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原文标题：干货 | IPv6正则表达式攻略
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