操作二进制位串的工具

操作二进制位串的工具

一.位运算符

• 位运算符作用于整数类型的对象，并把运算对象看成是二进制位的集合。
• 它提供检查和设置二进制位的功能。

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运算符	功能	用法
~	位求反	~expr
<<	左移	expr1 << expr2
>>	右移	expr1 >> expr2
&	位与	expr1 & expr2
^	位异或	expr1 ^ expr2
|	位或	expr1

- 符号位的处理没有规定，因此建议仅用于处理无符号类型
- 一般来说，如果运算对象是”小整型“，则它的值会被自动提升成较大的整数类型。运算对象可以是带符号的，且为负，则如何处理”符号位“依赖于机器。而且此时左移可能会改变符号位的值，是一种未定义行为。
- 整型提升：任何使用了char,short,整型位域或者枚举类型的表达式，（bool、char、signed char、unsigned char、short、unsigned short等小于int的类型），如果装得下，都会被提升成int类型；否则提升为unsigned int。较大的char（wchar_t、char_16_t、char_32_t）则提升为int–unsigned long long中刚好能装下其所有可能的一种

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移位运算符

对运算对象执行基于二进制的移动操作

unsigned char bits = 0233;// 0233是八进制的字面值

内存中

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	1 0 0 1 1 0 1 1

bits << 8;// bits提升为int，向左移8位

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	1 0 0 1 1 0 1 1	0 0 0 0 0 0 0 0

bits << 31;// 向左移动31位，左边超出边界的位被丢弃

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
1 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0

bits >> 3;// 向右移3位，最右边3位被丢弃

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 1 0 0 1 1

左移运算符在右侧插入0。右移运算符的行为依赖于左侧的运算对象的类型，这里操作的是无符号类型，在左侧插入0，如果运算对象是带符号类型，在左侧插入符号位的副本或0，如何选择视情况而定

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位求反运算符

将运算对象逐位求反后生成一个新值

~bits;// char先提升为int，高位添0，然后逐位求反

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
1 1 1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1 1 1	0 1 1 0 0 1 0 0

位与、位或、位异或运算符

&、|、^在两个运算对象上执行相应的逻辑操作

unsigned char b1 = 0145;

内存中

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	0 1 1 0 0 1 0 1

unsigned char b2 = 0257;

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	其 余 的 数 据	1 0 1 0 1 1 1 1

b1 & b2

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 1 0 0 1 0 1

b1 | b2

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	1 1 1 0 1 1 1 1

b1 ^ b2

0X12342	0X12343	0X12344	0X12345
0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 0 0 0 0	1 1 0 0 1 0 1 0

二.bitset

• #include < bitset >
• 位串可以作为开关（0/1）的集合
• 位运算符同样可以作用于bitset
• 二进制位串从0开始编号，从右至左，低位到高位。

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bitset的初始化

bitset类是一种类模板；而与vector不一样的是bitset类型对象的区别仅在其长度而不在其类型。在定义bitset时，要明确bitset含有多少位，须在尖括号内给出它的长度值：

bitset<8> bitvec(1U); // 8位;低位为1，其余为0：00000001；

构造函数	介绍
bitset<n> b;	b有n位，默认为0
bitset<n> b(u);	b是u低n位的拷贝，若n>u的长度，则b高位置0
bitset<n> b(s);	b是string对象s中含有的位串的副本
bitset<n> b(s,pos,n);	b是s中从位置pos开始的n个位的副本
bitset<n> b(s,pos,m,zero,one);	同上，但s只能包含0或1
bitset<n> b(cp,pos,m,zero,one);	cp是指向字符数组或者c风格字符串的指针

接受string或字符指针的构造函数是explicit（只能直接初始化）
zero和one可以替换为其他char型字符

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bitset的操作

bitset操作定义了多种检测或设置一个或多个二进制位的方法，同时bitset还支持位运算符（将bitset对象看做一个unsigned数）。

操作	介绍
b.any()	b中是否存在置为1的二进制位？
b.all()	b中所有位都置为1了吗？
b.none()	b中不存在置为1的二进制位吗？
b.count()	b中置为1的二进制位的个数
b.size()	返回b中二进制位的个数
b[pos]	访问b中在pos处的二进制位
b.test(pos)	b中在pos处的二进制位是否为1？
b.set()	把b中所有二进制位都置为1
b.set(pos,v)	把b中在pos处的二进制位置为bool值v，v默认为true
b.reset()	把b中所有二进制位都置为0
b.reset(pos)	把b中在pos处的二进制位置为0
b.flip()	把b中所有二进制位逐位取反
b.flip(pos)	把b中在pos处的二进制位取反
b.to_ulong()	用b中同样的二进制位返回一个unsigned long值，如果b中的位模式不能放入指定结果类型，则抛出overflow_error
b.to_string(zero,one)	返回一个string，表示b中的位模式。zero和one默认为0，1
os << b	把b中的位集输出到os流
is >> b	从is读取字符存入b。当下一个字符不是1或0，或已经读b.size()个，读取停止

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example

    #include <iostream>
    #include <bitset>
    #include <string>

    int main()
    {
    // 验证-0(例如8位char型就是10000000)是有符号数的下限:先获得 -0，再格式输出，通过输出值来判断
    // 获得 -0
    char zero = 0;
    std::bitset<8> bits(zero);

    if (bits.none())    // bits位串中没有1
        std::cout << " no 1 in bits: " << bits << std::endl;
    else
        std::cout << " have 1 in bits: " << bits << std::endl;

    bits[7] = 1;    // 将符号位位赋值为1

    std::cout << bits.to_string('1','2')<<std::endl;
    char key = 0;

    if (bits.none())
        std::cout << " no 1 in bits: " << bits << std::endl;
    else
    {
        std::cout << " have 1 in bits: " << bits << " as a integer is: " << bits.to_ulong() << std::endl;
        key = bits.to_ulong();  // 位串转换为无符号数，再转换为有符号数
    }
    // 格式输出
    char compare = -128;
    std::cout << key << compare << std::endl;

    system("pause");
    return 0;
    }