华为C++算法-识别有效的IP地址和掩码并进行分类统计

问题

请解析IP地址和对应的掩码，进行分类识别。要求按照A/B/C/D/E类地址归类，不合法的地址和掩码单独归类。

所有的IP地址划分为 A,B,C,D,E五类

A类地址从1.0.0.0到126.255.255.255;

B类地址从128.0.0.0到191.255.255.255;

C类地址从192.0.0.0到223.255.255.255;

D类地址从224.0.0.0到239.255.255.255；

E类地址从240.0.0.0到255.255.255.255

私网IP范围是：

从10.0.0.0到10.255.255.255

从172.16.0.0到172.31.255.255

从192.168.0.0到192.168.255.255

子网掩码为二进制下前面是连续的1，然后全是0。（例如：255.255.255.32就是一个非法的掩码）
（注意二进制下全是1或者全是0均为非法子网掩码）

注意：

1. 类似于【0...】和【127...】的IP地址不属于上述输入的任意一类，也不属于不合法ip地址，计数时请忽略
2. 私有IP地址和A,B,C,D,E类地址是不冲突的

输入描述：

多行字符串。每行一个IP地址和掩码，用~隔开。

输出描述：

统计A、B、C、D、E、错误IP地址或错误掩码、私有IP的个数，之间以空格隔开。

示例

示例2

需要注意的细节

类似于【0...】和【127...】的IP地址不属于上述输入的任意一类，也不属于不合法ip地址，计数时可以忽略
私有IP地址和A,B,C,D,E类地址是不冲突的，也就是说需要同时+1
如果子网掩码是非法的，则不再需要查看IP地址
全零【0.0.0.0】或者全一【255.255.255.255】的子网掩码也是非法的

思路

按行读取输入，根据字符‘~’ 将IP地址与子网掩码分开
查看子网掩码是否合法。
合法，则继续检查IP地址
非法，则相应统计项+1，继续下一行的读入
查看IP地址是否合法
合法，查看IP地址属于哪一类，是否是私有ip地址；相应统计项+1
非法，相应统计项+1

具体实现

判断IP地址是否合法，如果满足下列条件之一即为非法地址
数字段数不为4
存在空段，即【192..1.0】这种
某个段的数字大于255
判断子网掩码是否合法，如果满足下列条件之一即为非法掩码
不是一个合格的IP地址
在二进制下，不满足前面连续是1，然后全是0
在二进制下，全为0或全为1
如何判断一个掩码地址是不是满足前面连续是1，然后全是0？
将掩码地址转换为32位无符号整型，假设这个数为b。如果此时b为0，则为非法掩码
将b按位取反后+1。如果此时b为1，则b原来是二进制全1，非法掩码
如果b和b-1做按位与运算后为0，则说明是合法掩码，否则为非法掩码

代码

注意getline函数可以指定分割字符串的字符

// 引入输入输出流、字符串、字符串流和向量等头文件
#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>
#include<vector>
// 使用标准命名空间
using namespace std;

// 定义一个函数，判断一个字符串是否是合法的IP地址
bool judge_ip(string ip){
    // 定义一个整数变量，记录IP地址的段数
    int j = 0;
    // 定义一个字符串流对象，用于分割IP地址
    istringstream iss(ip);
    // 定义一个字符串变量，用于存储IP地址的每一段
    string seg;
    // 使用循环，以'.'为分隔符，获取IP地址的每一段
    while(getline(iss,seg,'.'))
        // 如果段数加一大于4，或者该段为空，或者该段的数值大于255，说明不是合法的IP地址，返回false
        if(++j > 4 || seg.empty() || stoi(seg) > 255)
            return false;
    // 如果循环结束后，段数等于4，说明是合法的IP地址，返回true
    return j == 4;
}

// 定义一个函数，判断一个字符串是否是私有的IP地址
bool is_private(string ip){
    // 定义一个字符串流对象，用于分割IP地址
    istringstream iss(ip);
    // 定义一个字符串变量，用于存储IP地址的每一段
    string seg;
    // 定义一个整数向量，用于存储IP地址的每一段的数值
    vector<int> v;
    // 使用循环，以'.'为分隔符，获取IP地址的每一段，并将其转换为整数，存入向量中
    while(getline(iss,seg,'.')) v.push_back(stoi(seg));
    // 如果IP地址的第一段等于10，说明是私有的IP地址，返回true
    if(v[0] == 10) return true;
    // 如果IP地址的第一段等于172，并且第二段在16到31之间，说明是私有的IP地址，返回true
    if(v[0] == 172 && (v[1] >= 16 && v[1] <= 31)) return true;
    // 如果IP地址的第一段等于192，并且第二段等于168，说明是私有的IP地址，返回true
    if(v[0] == 192 && v[1] == 168) return true;
    // 如果以上条件都不满足，说明不是私有的IP地址，返回false
    return false;
}

// 定义一个函数，判断一个字符串是否是合法的子网掩码
bool is_mask(string ip){
    // 定义一个字符串流对象，用于分割IP地址
    istringstream iss(ip);
    // 定义一个字符串变量，用于存储IP地址的每一段
    string seg;
    // 定义一个无符号整数变量，用于存储IP地址的二进制表示
    unsigned b = 0;
    // 使用循环，以'.'为分隔符，获取IP地址的每一段，并将其转换为整数，左移8位后与b进行按位或运算，得到IP地址的二进制表示
    while(getline(iss,seg,'.')) b = (b << 8) + stoi(seg);
    // 如果b等于0，说明不是合法的子网掩码，返回false
    if(!b) return false;
    // 将b按位取反后加一，得到b的补码
    b = ~b + 1;
    // 如果b等于1，说明不是合法的子网掩码，返回false
    if(b == 1) return false;
    // 如果b与b减一进行按位与运算，结果等于0，说明b只有一个1，说明是合法的子网掩码，返回true
    if((b & (b-1)) == 0) return true;
    // 如果以上条件都不满足，说明不是合法的子网掩码，返回false
    return false;
}

// 定义主函数
int main(){
    // 定义一个字符串变量，用于存储输入的IP地址和子网掩码
    string input;
    // 定义七个整数变量，用于统计A、B、C、D、E类地址、错误地址和私有地址的个数
    int a = 0,b = 0,c = 0,d = 0,e = 0,err = 0,p = 0;
    // 使用循环，读取输入的IP地址和子网掩码，直到输入结束
    while(cin >> input){
        // 定义一个字符串流对象，用于分割IP地址和子网掩码
        istringstream is(input);
        // 定义一个字符串变量，用于存储IP地址或子网掩码
        string add;
        // 定义一个字符串向量，用于存储IP地址和子网掩码
        vector<string> v;
        // 使用循环，以'~'为分隔符，获取IP地址和子网掩码，并存入向量中
        while(getline(is,add,'~')) v.push_back(add);
        // 如果IP地址或子网掩码不合法，错误地址的个数加一
        if(!judge_ip(v[1]) || !is_mask(v[1])) err++;
        else{
            // 如果IP地址不合法，错误地址的个数加一
            if(!judge_ip(v[0])) err++;
            else{
                // 获取IP地址的第一段的数值
                int first = stoi(v[0].substr(0,v[0].find_first_of('.')));
                // 如果IP地址是私有的，私有地址的个数加一
                if(is_private(v[0])) p++;
                // 根据IP地址的第一段的数值，判断IP地址的类别，并相应的类别的个数加一
                if(first > 0 && first <127) a++;
                else if(first > 127 && first <192) b++;
                else if(first > 191 && first <224) c++;
                else if(first > 223 && first <240) d++;
                else if(first > 239 && first <256) e++;
            }
        }
    }
    // 输出A、B、C、D、E类地址、错误地址和私有地址的个数
    cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << " " << e << " " << err << " " << p << endl;
    // 返回0，表示程序正常结束
    return 0;
}