C++の正規表現（Regex）パターンでIPv6アドレスを検証する方法

IPアドレスが与えられたとき、正規表現（Regex）を利用して、そのアドレスが有効なIPv6アドレスかどうかを検証することを考えます。検証の結果、有効なIPv6アドレスであれば「IPv6 Address」を、そうでなければ「Not」を出力します。

有効なIPv6アドレスとは、「XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX」という形式で表されるIPアドレスのことです。ここで各「X」は16進数の1桁（0〜9、a〜f、A〜F）を表し、合計8つのフィールドがコロン（:）で区切られています。

入力例1

IP = "3001:0da8:82a3:0:0:8B2E:0270"

出力

"Not"

解説：この文字列はフィールドが7つしかなく、IPv6アドレスに必須な8つのフィールドを満たしていません。したがって有効なIPv6アドレスではないため、「Not」を返します。

入力例2

IP = "2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334"

出力

"IPv6"

解説：これは有効なIPv6アドレスであるため、「IPv6」を返します。

正規表現による解決アプローチ

与えられたIPアドレスがIPv6かどうかを判定するには、正規表現（Regex）を使用します。正規表現とは、特定のパターンを定義する一連の文字で構成される式のことで、文字列の中からパターンに一致する部分を探す処理に利用できます。入力値のバリデーション（検証）の場面でも広く使われている手法です。

範囲の指定：もっともシンプルな方法として、角括弧「[ ]」を使うことで、マッチさせたい文字の範囲を指定できます。

文字の指定：たとえば次の式は、それぞれ「a〜z」「A〜Z」「0〜9」のいずれか1文字に一致する正規表現です。

[a-z]、[A-Z]、[0-9]

繰り返しパターン：修飾子「+」は直前のパターンが1回以上繰り返されることを、「*」は0回以上繰り返されることを意味します。たとえば [a-z]* は空文字列にも一致します。

複数の文字からなるグループを1回以上繰り返してマッチさせたい場合は、丸括弧を組み合わせて次のように記述します。

[Abc]+

問題を解くための手順

• IPアドレスを表す文字列を入力として受け取ります。

• 文字列関数 validIPAddress(string IP) がIPアドレスを引数として受け取り、入力文字列が有効かどうかを判定します。有効であれば「IPv6」を、無効であれば「Not」を返します。

• IPv6アドレス用の正規表現パターンを作成します。IPv6アドレスは8つのフィールドから構成され、各フィールドには16進数で表された値が入り、フィールド同士はコロンで区切られます。

• 有効なIPv6アドレスのパターンは「(([0-9a-fA-F]){1,4}\:){7}([0-9a-fA-F]){1,4}」のように表せます。各フィールドは1〜4桁の16進数字（0〜9、a〜f、A〜F）で構成され、最初の7つのフィールドにはそれぞれ末尾にコロンが続きます。

• 同様に、各フィールドを構成する文字はすべて「0-9a-fA-F」の範囲に含まれる必要があるため、正規表現上の文字クラスは「[0-9a-fA-F]」となります。

実装例

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
string validIPAddress(string IP) {
    regex ipv6("((([0-9a-fA-F]){1,4})\\:){7}([0-9a-fA-F]){1,4}");
    if(regex_match(IP, ipv6))
        return "IPv6";
    else
        return "Not";
}
int main(){
    string IP= "3001:0da8:82a3:0:0:8B2E:0270";
    string ans= validIPAddress(IP);
    cout<<ans<<endl;
    return 0;
}

出力

上記のコードを実行すると、次の出力が得られます。

Not

入力されたIPアドレスはフィールド数が不足しており、有効なIPv6アドレスではないため、「Not」が返されます。