Linux之Bitmap

1. Bitmap 的定义与核心特性

1.1 技术定义

Bitmap（位图，又称位掩码、位向量）是一种基于二进制位（bit）的紧凑数据结构，用每一位表示一个元素的二元状态（如存在 / 不存在、可用 / 已用、真 / 假）。其核心优势是空间效率极高，N 个元素仅需 ceil(N/8) 字节（每个字节含 8 位）。

1.2 核心特性

• 空间效率：100 万个元素仅需约 125KB（100 万 / 8=125000 字节），比数组（每个元素占 4 字节需 4MB）节省 97% 空间。
• 快速查询：通过位运算（如移位、按位与）可在 O (1) 时间内查询任意位的状态。
• 批量操作：支持按位的批量设置、清除、翻转（如用0b1010一次操作第 1 和第 3 位）。
• 局限性：仅适用于二元状态场景，不支持存储复杂数据；当 N 极大时（如 10 亿位），需分段管理。

2. Bitmap 的数据结构与实现原理

2.1 基础数据结构

Bitmap 本质是一个连续的二进制数组，通常用无符号整数数组（如unsigned char[]、unsigned long[]）存储，每个元素对应若干位。

• 示例：用unsigned c