C++ bitset類的使用與簡介 [轉載]

有些程序要處理二進制位的有序集，每一個位可能包含的是0（關）或1（開）的值。位是用來保存一組項或條件的yes/no信息（有時也稱標誌）的簡潔方法。標準庫提供了bitset類使得處理位集合更容易一些。要使用bitset類就必需要包含相關的頭文件。在本書提供的例子中，假設都使用了std::bitset的using聲明：

1 ＃include <bitset>
2 using std::bitset;

3.5.1  bitset的定義和初始化

表3-6列出了bitset的構造函數。相似於vector，bitset類是一種類模板；而與vector不同的是bitset類型對象的區別僅在其長度而不在其類型。在定義bitset時，要明確bitset含有多少位，須在尖括號內給出它的長度值：

bitset<32> bitvec; //32位，全爲0。

給出的長度值必須是常量表達式（2.7節）。正如這裏給出的，長度值必須定義爲整型字面值常量或是已用常量值初始化的整數類型的const對象。

這條語句把bitvec定義爲含有32個位的bitset對象。和vector的元素同樣，bitset中的位是沒有命名的，程序員只能按位置來訪問它們。位集合的位置編號從0開始，所以，bitvec的位序是從0到31。以0位開始的位串是低階位（low-order bit），以31位結束的位串是高階位(high-order bit)。

表3-6  初始化bitset對象的方法

bitset<n> b;	b有n位，每位都爲0
bitset<n> b(u);	b是unsigned long型u的一個副本
bitset<n> b(s);	b是string對象s中含有的位串的副本
bitset<n> b(s, pos, n);	b是s中從位置pos開始的n個位的副本

1. 用unsigned值初始化bitset對象

當用unsigned long值做爲bitset對象的初始值時，該值將轉化爲二進制的位模式。而bitset對象中的位集做爲這種位模式的副本。若是bitset類型長度大於unsigned long值的二進制位數，則其他的高階位置爲0；若是bitet類型長度小於unsigned long值的二進制位數，則只使用unsigned值中的低階位，超過bitet類型長度的高階位將被丟棄。

在32位unsigned long的機器上，十六進制值0xffff表示爲二進制位就是十六個1和十六個0（每一個0xf可表示爲1111）。能夠用0xffff初始化bitset對象：

 1 // bitvec1 is smaller than the initializer
 2 
 3 bitset<16> bitvec1(0xffff);          // bits 0 ... 15 are set to 1
 4 
 5 // bitvec2 same size as initializer
 6 
 7 bitset<32> bitvec2(0xffff);          // bits 0 ... 15 are set to 1; 16 ... 31 are 0
 8 
 9 // on a 32-bit machine, bits 0 to 31 initialized from 0xffff
10 
11 bitset<128> bitvec3(0xffff);         // bits 32 through 127 initialized to zero

上面的三個例子中，0到15位都置爲1。因爲bitvec1位數少於unsigned long的位數，所以bitvec1的初始值的高階位被丟棄。bitvec2和unsigned long長度相同，所以全部位正好放置了初始值。bitvec3長度大於32，31位以上的高階位就被置爲0。

2. 用string對象初始化bitset對象

當用string對象初始化bitset對象時，string對象直接表示爲位模式。從string對象讀入位集的順序是從右向左：

1 string strval("1100");
2 
3 bitset<32> bitvec4(strval);

bitvec4的位模式中第2和3的位置爲1，其他位置都爲0。若是string對象的字符個數小於bitset類型的長度，則高階位將置爲0。

string對象和bitset對象之間是反向轉化的：string對象的最右邊字符（即下標最大的那個字符）用來初始化bitset對象的低階位（即下標爲0的位）。當用string對象初始化bitset對象時，記住這一差異很重要。

不必定要把整個string對象都做爲bitset對象的初始值。相反，能夠只用某個子串做爲初始值：

1 string str("1111111000000011001101");
2 
3 bitset<32> bitvec5(str, 5, 4); // 4 bits starting at str[5], 1100
4 
5 bitset<32> bitvec6(str, str.size() - 4);     // use last 4 characters

這裏用str中從str[5]開始包含四個字符的子串來初始化bitvec5。照常，初始化bitset對象時老是從子串最右邊結尾字符開始的，bitvec5的從0到3的二進制位置爲1100，其餘二進制位都置爲0。若是省略第三個參數則意味着取從開始位置一直到string末尾的全部字符。本例中，取出str末尾的四位來對bitvec6的低四位進行初始化。bitvec6其他的位初始化爲0。這些初始化過程的圖示以下：

多種bitset操做（表3-7）用來測試或設置bitset對象中的單個或多個二進制位：

表3-7  bitset操做

b.any()	b中是否存在置爲1的二進制位？
b.none()	b中不存在置爲1的二進制位嗎？
b.count()	b中置爲1的二進制位的個數
b.size()	b中二進制位的個數
b[pos]	訪問b中在pos處的二進制位
b.test(pos)	b中在pos處的二進制位是否爲1？
b.set()	把b中全部二進制位都置爲1
b.set(pos)	把b中在pos處的二進制位置爲1
b.reset()	把b中全部二進制位都置爲0
b.reset(pos)	把b中在pos處的二進制位置爲0
b.flip()	把b中全部二進制位逐位取反
b.flip(pos)	把b中在pos處的二進制位取反
b.to_ulong()	用b中一樣的二進制位返回一個unsigned long值
os << b	把b中的位集輸出到os流

1. 測試整個bitset對象

若是bitset對象中有一個或多個二進制位置爲1，則any操做返回true，也就是說，其返回值等於1;相反，若是bitset對象中的二進制位全爲0,則none操做返回true。

1 bitset<32> bitvec; // 32 bits, all zero
2 
3 bool is_set = bitvec.any();            // false, all bits are zero
4 
5 bool is_not_set = bitvec.none();      // true, all bits are zero

若是須要知道置爲1的二進制位的個數，可使用count操做，該操做返回置爲1的二進制位的個數：

size_t bits_set = bitvec.count(); // returns number of bits that are on

count操做的返回類型是標準庫中命名爲size_t的類型。size_t類型定義在cstddef頭文件中，該文件是C標準庫的頭文件stddef.h的C++版本。它是一個與機器相關的unsigned類型，大小能夠保證存儲內存中對象。

與vector和string中的size操做同樣，bitset的size操做返回bitset對象中二進制位的個數，返回值的類型是size_t:

size_t sz = bitvec.size(); // returns 32

2. 訪問bitset對象中的位

能夠用下標操做符來讀或寫某個索引位置的二進制位，一樣地，也能夠用下標操做符測試給定二進制位的值或設置某個二進制位的值：

1 // assign 1 to even numbered bits
2 
3 for (int index = 0; index != 32; index += 2)
4 
5            bitvec[index] = 1;

上面的循環把bitvec中的偶數下標的位都置爲1。

除了用下標操做符，還能夠用set、test和reset操做來測試或設置給定二進制位的值：

1 // equivalent loop using set operation
2 
3 for (int index = 0; index != 32; index += 2)
4 
5            bitvec.set(index);

爲了測試某個二進制位是否爲1，能夠用test操做或者測試下標操做符的返回值：

1 if (bitvec.test(i))
2 
3     // bitvec[i] is on
4 
5 // equivalent test using subscript
6 
7 if (bitvec[i])
8 
9     // bitvec[i] is on

若是下標操做符測試的二進制位爲1，則返回的測試值的結果爲true，不然返回false。

3. 對整個bitset對象進行設置

set和reset操做分別用來對整個bitset對象的全部二進制位全置1和全置0：

bitvec.reset();    // set all the bits to 0.

bitvec.set();      // set all the bits to 1

flip操做能夠對bitset對象的全部位或個別位按位取反：

bitvec.flip(0);   // reverses value of first bit

bitvec[0].flip(); // also reverses the first bit

bitvec.flip();    // reverses value of all bits

4. 獲取bitset對象的值

to_ulong操做返回一個unsigned long值，該值與bitset對象的位模式存儲值相同。僅當bitset類型的長度小於或等於unsigned long的長度時，纔可使用to_ulong操做：

unsigned long ulong = bitvec3.to_ulong();

cout << "ulong = " << ulong << endl;

to_ulong操做主要用於把bitset對象轉到C風格或標準C++以前風格的程序上。若是bitset對象包含的二進制位數超過unsigned long的長度，將會產生運行時異常。本書將在6.13節介紹異常（exception），並在17.1節中詳細地討論它。

5. 輸出二進制位

能夠用輸出操做符輸出bitset對象中的位模式：

bitset<32> bitvec2(0xffff); // bits 0 ... 15 are set to 1; 16 ... 31 are 0

cout << "bitvec2: " << bitvec2 << endl;

輸出結果爲：

bitvec2: 00000000000000001111111111111111

6. 使用位操做符

bitset類也支持內置的位操做符。C++定義的這些操做符都只適用於整型操做數，它們所提供的操做相似於本節所介紹的bitset操做。5.3節將介紹這些操做符。