C++ ＜bitset＞

1. 基本概念

bitset 是一个模板类，用于表示和操作固定大小的二进制位集合。它在编译时定义大小，且具有很高的效率，适合处理布尔数组和位操作。

2. 头文件

使用 bitset 之前，需要包含头文件：

#include <bitset>

3. 创建和初始化

可以通过多种方式初始化 bitset：

std::bitset<8> b1;            // 默认初始化，所有位为 0
std::bitset<8> b2(42);        // 从整数初始化，二进制 00101010
std::bitset<8> b3("101010");  // 从字符串初始化，长度不能超过 8
 

4. 常用操作函数

以下是 bitset 类的一些常用操作函数，及其功能说明：

函数	描述
size()	返回 bitset 的位数。
count()	返回值为 1 的位的数量。
any()	如果至少有一位为 1，返回 true。
none()	如果所有位都是 0，返回 true。
all()	如果所有位都是 1，返回 true。
set(pos)	将指定位置的位设置为 1，默认所有位设置为 1。
reset(pos)	将指定位置的位设置为 0，默认所有位设置为 0。
flip(pos)	反转指定位置的位。
to_string()	将 bitset 转换为字符串表示。
to_ulong()	将 bitset 转换为无符号长整型。

5. 示例代码

以下代码展示了 bitset 的各种操作：

#include <iostream>
#include <bitset>

int main() {
    // 创建和初始化
    std::bitset<8> b1;               // 默认全为 0
    std::bitset<8> b2(42);           // 二进制 00101010
    std::bitset<8> b3("101010");     // 从字符串初始化

    // 输出 bitset 的值
    std::cout << "b1: " << b1 << std::endl; // 输出 00000000
    std::cout << "b2: " << b2 << std::endl; // 输出 00101010
    std::cout << "b3: " << b3 << std::endl; // 输出 00101010

    // 操作示例
    b1.set(2); // 将第 2 位设置为 1
    b1.set(4); // 将第 4 位设置为 1
    std::cout << "b1 after setting bits: " << b1 << std::endl; // 输出 00010100

    b1.flip(2); // 反转第 2 位
    std::cout << "b1 after flipping bit 2: " << b1 << std::endl; // 输出 00010000

    std::cout << "Count of 1s in b1: " << b1.count() << std::endl; // 输出 1
    std::cout << "b1 to ulong: " << b1.to_ulong() << std::endl; // 输出 16

    // 检查状态
    std::cout << "b1 any: " << b1.any() << std::endl; // 输出 1 (true)
    std::cout << "b1 none: " << b1.none() << std::endl; // 输出 0 (false)
    std::cout << "b1 all: " << b1.all() << std::endl; // 输出 0 (false)

    // 重置位
    b1.reset(4); // 将第 4 位设置为 0
    std::cout << "b1 after resetting bit 4: " << b1 << std::endl; // 输出 00000000

    // 转换为字符串
    std::cout << "b2 to string: " << b2.to_string() << std::endl; // 输出 00101010

    return 0;
}

6. 详细讲解

6.1 创建和初始化

• 默认构造：创建一个所有位为 0 的 bitset。
• 整数初始化：可以使用整数直接初始化，整数会被转换为对应的二进制形式。
• 字符串初始化：从字符串构造时，字符串长度必须小于或等于 bitset 的大小。

6.2 常用函数

• set(pos): 可以用来设置单个位或全部位。
• reset(pos): 用于将特定位置的位重置为 0。
• flip(pos): 用于反转某个位置的位，例如 1 变成 0，0 变成 1。
• count(): 返回位中 1 的数量，这在处理标志或状态时很有用。
• to_string(): 将 bitset 转换为二进制字符串表示，便于查看和调试。

7. 注意事项

1. 位数限制：bitset 的大小在编译时固定，不能动态改变，超过 64 位的转换可能导致溢出。
2. 内存使用：bitset 通常比普通数组或向量占用更少的内存，适合用于大量布尔值的存储。
3. 位位置从 0 开始：在使用 set(), reset(), 和 flip() 函数时，位的位置是从 0 开始计数的。

8. 总结

<bitset> 是一个强大的工具，用于处理位操作，特别是在需要高效地管理和操作布尔值的场合。它的各种操作函数使得位操作变得简单直观。理解和掌握 bitset 可以提升代码的效率和可读性，尤其是在涉及大量布尔值的程序中。