C++——位图的介绍和使用

位图的介绍

位图的引入

给40亿个不重复的无符号整数，没排过序。给一个无符号整数，如何快速判断一个数是否在这40亿个数中？

要判断一个数是否在某一堆数中，我们可能会想到如下方法：

· 将这一堆数进行排序，然后通过二分查找的方法判断该数是否在这一堆数中。
· 将这一堆数插入到unordered_set容器中，然后调用find函数判断该数是否在这一堆数中。
单从方法上来看，这两种方法都是可以，而且效率也不错，第一种方法的时间复杂度是O ( N l o g N ) O(NlogN)O(NlogN)，第二种方法的时间复杂度是O ( N ) O(N)O(N)。

但问题是这里有40亿个数，若是我们要将这些数全部加载到内存当中，那么将会占用16G的空间，空间消耗是很大的。因此从空间消耗来看，上面这两种方法实际都是不可行的。

位图解决

实际在这个问题当中，我们只需要判断一个数在或是不在，即只有两种状态，那么我们可以用一个比特位来表示数据是否存在，如果比特位为1则表示存在，比特位为0则表示不存在。比如：

无符号整数总共有232个，因此记录这些数字就需要232个比特位，也就是512M的内存空间，内存消耗大大减少。

位图的概念

位图 (Bitmap) 是一种基于位操作的数据结构，用于表示一组元素的集合信息。它通常是一个仅包含0和1的数组，其中每个元素对应集合中的一个元素。位图中的每个位（或者可以理解为数组的元素）代表一个元素是否存在于集合中。当元素存在时，对应位的值为1；不存在时，对应位的值为0。位图常用于判断某个元素是否属于某个集合，或者对多个集合做交集、并集或差集等集合运算。

可能这么多听起来很复杂，其实总结下来就这个意思：

位