Java 實現 IP 地址與長整數（十進制）互轉核心算法詳解

前言

IPv4 地址本質是 32 位無符號整數，常以點分十進制（如 192.168.1.1）呈現。在數據庫存儲、網絡比對、範圍查詢等場景，將其轉為 long 型整數可大幅提升性能與便利性。本文從位運算原理出發，提供兩種高效實現並分析細節。

一、核心原理：位移與掩碼

IPv4 四段各佔 8 位（0-255），組合為 32 位：

IP = (段1 << 24) | (段2 << 16) | (段3 << 8) | 段4

• 左移：相當於乘以 2 的 n 次方（x << n == x * 2^n）。
• 無符號右移 >>>>：高位補 0，關鍵處理 Java 無無符號類型問題。
• 位與 & 掩碼：提取特定 8 位（0xFF = 255）。

二、IP 轉長整數（IP → Long）

方法 1：手動解析（教學用）

public static long ipToLong(String ipStr) {
    String[] parts = ipStr.split("\\.");
    long result = 0;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        result = (result << 8) + Long.parseLong(parts[i]);
    }
    return result;
}

方法 2：位運算一行流（生產推薦）

public static long ipToLong(String ip) {
    String[] items = ip.split("\\.");
    return (Long.parseLong(items[0]) << 24)
         | (Long.parseLong(items[1]) << 16)
         | (Long.parseLong(items[2]) << 8)
         | Long.parseLong(items[3]);
}

注意：split("\\.") 需轉義點號；輸入應預校驗格式。

三、長整數轉 IP（Long → IP）

標準實現（高位優先輸出）

public static String longToIp(long ipLong) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append((ipLong >>> 24) & 0xFF).append('.');
    sb.append((ipLong >>> 16) & 0xFF).append('.');
    sb.append((ipLong >>> 8) & 0xFF).append('.');
    sb.append(ipLong & 0xFF);
    return sb.toString();
}

• >>> 24 取最高 8 位，& 0xFF 確保無符號。
• 依次右移 16、8、0 位提取其餘三段。

四、完整可運行 Demo

public class IpConverter {
    public static void main(String[] args) {
        String ip = "202.112.96.163";
        long num = ipToLong(ip);
        String back = longToIp(num);
        
        System.out.println("原始 IP: " + ip);
        System.out.println("十進制: " + num);           // 3396362403
        System.out.println("二進制: " + Long.toBinaryString(num));
        System.out.println("反轉 IP: " + back);         // 202.112.96.163
    }
    // 此處放上述兩個 static 方法
}

五、進階話題與避坑

1. 有號長整數顯示負值：Java long 有號，超過 2^31-1 會顯示負數，但位模式正確，存儲/計算無影響。
2. IPv6 不適用：128 位需用 BigInteger 或 byte[16]。
3. 性能優化：高頻調用可用 InetAddress.getByName(ip).getAddress() 取 byte[] 再移位，避免字符串分割開銷。
4. 數據庫應用：MySQL 可用 INET_ATON()/INET_NTOA()；PostgreSQL 用 inet 類型原生支援。