Python 3 如何使用 f 字符串将整数格式化为 IPv6 地址？

Question

我正在尝试将整数格式化为 IPv6 地址。

此处的 IPv6 地址表示一个字符串，表示 0 到 2^128 - 1 之间的整数 (340282366920938463463374607431768211455)，格式为 32 个十六进制数字，用冒号 (':') 分隔成 8 个字段，每个字段 4 个数字。

现在我知道str(ipaddress.IPv6Address(n))和int(ipaddress.IPv6Address(s))，但是我想以学习的名义编写自己的函数，并且我已经编写了它们，我正在努力改进它们。

我正在寻找一种使用 f-strings 或 str.format 将整数格式化为 IPv6 格式的方法，我目前使用这个单行：

ipv6 = ':'.join(hex(n).removeprefix('0x').zfill(32)[i:i+4] for i in range(0, 32, 4))

而且速度很慢，因为它使用字符串切片。

我已经编写了代码来使用正则表达式缩短 IPv6 地址，并且我希望使用字符串格式的 one-liner 来替换上面提到的 one-liner。

我已经使用这个实现了第一部分（将整数格式化为 32 位十六进制，前导零且不带 '0x' 前缀）：

"{0:0>32x}".format(n)

但是我无法实现第二部分，我已经谷歌搜索了一种使用 Python 将每 N 个字符插入一个分隔符的方法，但无论我使用什么关键字，大多数都无关紧要，而且我只看到了两种相关方法，一种是我自己想出来的方法，另一个是这样的：

re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', s, 7)

但是正则表达式很慢：

In [221]: re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', 'c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff', 7)
Out[221]: 'c42d:7a7d:155b:93f7:658c:20c9:fea5:98ff'

In [222]: s = 'c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff'

In [223]: %timeit re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', s, 7)
11.6 µs ± 993 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [224]: %timeit ':'.join(s[i:i+4] for i in range(0, 32, 4))
2.11 µs ± 23.7 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

但我在谷歌搜索建议中找到了这个关键字：Python f 字符串千位分隔符并找到了这个语法：“{:,d}”

In [226]: "{:,d}".format(1234567890)
Out[226]: '1,234,567,890'

它非常接近我所寻求的，但不幸的是它不是方法，首先它处理整数（d），其次它每 3 个字符而不是 4 个字符插入一个分隔符，最后它使用逗号而不是冒号，我不能在不使语法无效的情况下更改它...

那么在将整数格式化为 32 位十六进制字符串时，每 4 位插入一个冒号的正确 f 字符串语法是什么？最好没有 f 字符串嵌套。我正在寻找单线。

通过 f 字符串嵌套，我的意思是这样的：

f'{f"{n:0>32x}"}'

我不知道这是否有效，我不喜欢它。

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目前我已经这样做了：

"{0:0>32_x}".format(n)

In [248]: "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999)
Out[248]: 'c42d_7a7d_155b_93f7_658c_20c9_fea5_98ff'

但我无法将下划线更改为冒号，我知道我可以使用str.replace，但我仍然希望在一个命令中完成。

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性能对比：

In [253]: %timeit "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999).replace('_', ':')
988 ns ± 7.72 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

In [254]: %timeit ':'.join([hex(260764824896579434326633182196140447999).replace('0x',"").zfill(32)[i:i+4] for i in range(0, 32, 4)])
4.59 µs ± 493 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [255]: %timeit "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999)
810 ns ± 48.7 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

字符串插值比字符串切片快得多。

Answer 1

但是正则表达式很慢：

请注意，如果您想减少所需时间，可以使用re.compile，请考虑以下示例

import timeit
timeit.timeit(stmt='re.sub("(....)","\\1:",s)',setup='import re;s = "c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff"') # 2.398639300000468
timeit.timeit(stmt='pat.sub("\\1:",s)',setup='import re;s = "c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff";pat=re.compile("(....)")') # 1.6385453000002599

我使用不同的模式，因为我假设输入始终是 32 个十六进制数字，用它们替换每 4 个字符，后跟 :。

Answer 2

我已经做到了。我正在寻找的格式说明符是"{:_x}"

它将整数格式化为其十六进制表示，并每四个十六进制数字插入一个下划线。那么用str.replace将下划线替换成冒号就很简单了。

但不幸的是，单独使用 f-string 填充时无法插入分隔符，需要其他工具。

但它最难的部分是用十六进制格式表示整数并每四位插入一个冒号。剩下的唯一工作就是填充。

len(s)很便宜，字符串乘法也很便宜。

使用简单的算术我得到了这个：

ipv6 = "{:_x}".format(n).replace('_', ':'); l = len(ipv6)              
if l != 39: ipv6 = '0000:' * ((39 - l) // 5) + '0' * (4 - l % 5) + ipv6

这个：

((39 - l) // 5)

计算应在左侧插入多少字段。

39 - l 计算需要多少个字符才能使字符串的长度为 39。然后使用地板除法计算所需的字段数。

这个：

(4 - l % 5)

计算应在最后一个字段中插入多少前导零，每个字段应有 4 位数字，每个字段的分隔符为 5 个字符长，l % 5 计算最左边字段的位数，并减去它从 4 得到所需的前导零的数量。

它比字符串切片快得多。

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其实确实可以一行f个字符串，加上位移和mod操作，只是比我预想的更麻烦更慢：

def format_ipv6(n):
    return f'{(n>>112)%65536:0>4x}:{(n>>96)%65536:0>4x}:{(n>>80)%65536:0>4x}:{(n>>64)%65536:0>4x}:{(n>>48)%65536:0>4x}:{(n>>32)%65536:0>4x}:{(n>>16)%65536:0>4x}:{(n)%65536:0>4x}'

但它确实是在一行中完成的，我曾尝试将它与具有 range 和 str.join 的生成器表达式一起使用，但这样做会进一步减慢它的速度......