C++——std::Bitset（转载）

写在前面

这一篇文章系统的学习一下std标准库中的容器bitset，一个bitset是用来储存诸多bit，这些元素可以用来表示两种状态：0或1，true或false…。所以有一些时候可以很方便的用该容器快速实现状态储存。

该容器通过对空间的特殊优化，使得该容器对状态的储存空间非常小，相当于将若干状态储存在一个个bit上。该容器的元素访问也可以通过[n]访问容器中第n个元素，但是由于一般语言没有一个bit大小的数据类型，所以这里使用了一种特殊的引用类型访问，如：bitset::reference。

bitset类与头文件包含

bitset头文件引用如下：

#include <bitset>  
bitset::bitset
1
2

构造一个bitset，方法如下所示：

// constructing bitsets
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<16> foo;
std::bitset<16> bar (0xfa2);
std::bitset<16> baz (std::string(“0101111001”));

std::cout << "foo: " << foo << ‘\n’;
std::cout << "bar: " << bar << ‘\n’;
std::cout << "baz: " << baz << ‘\n’;

return 0;

//Output:
//foo: 0000000000000000
//bar: 0000111110100010
//baz: 0000000101111001
}
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总的来说，有四种方法构造一个bitset，可参考：bitset基础用法+心得。

Bit access

1.bitset::operator[]
访问一个bit元素，返回bool类型的值或者对该元素的引用reference。示例代码如下：

// bitset::operator[]
#include <iostream>       // std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<4> foo;

foo[1]=1; // 0010
foo[2]=foo[1]; // 0110

std::cout << "foo: " << foo << ‘\n’;

return 0;
}

//Output:
//foo: 0110
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2.bitset::count()
统计bitset中被设置的bits的个数，也就是bitset中值为1的元素个数。对于要求bitset中元素总个数，可以参考：比他set::size()。示例代码如下：

// bitset::count
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<8> foo (std::string(“10110011”));

std::cout << foo << " has “;
std::cout << foo.count() << ” ones and “;
std::cout << (foo.size()-foo.count()) << ” zeros.\n";

return 0;
}

//Output:
//10110011 has 5 ones and 3 zeros.
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3.bitset::size()
返回bitset中元素总个数。即通常意义上bitset的大小。示例代码如下：

// bitset::size
#include <iostream>       // std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<8> foo;
std::bitset<4> bar;

std::cout << "foo.size() is " << foo.size() << ‘\n’;
std::cout << "bar.size() is " << bar.size() << ‘\n’;

return 0;
}

//Output:
//foo.size() is 8
//bar.size() is 4
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4.bitset::test()
返回pos位置的元素是否被设置，或者是否为1。返回值为true，或false。示例代码如下所示：

// bitset::test
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <cstddef>        // std::size_t
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<5> foo (std::string(“01011”));

std::cout << “foo contains:\n”;
std::cout << std::boolalpha;
for (std::size_t i=0; i<foo.size(); ++i)
std::cout << foo.test(i) << ‘\n’;

return 0;
}

//Output:
//foo contains:
//true
//true
//false
//true
//false
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5.bitset::any()
判断是否任何一个元素被设置，或者判断是否至少有一个元素为1。示例代码如下：

// bitset::any
#include <iostream>       // std::cin, std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<16> foo;

std::cout << "Please, enter a binary number: ";
std::cin >> foo;

if (foo.any())
std::cout << foo << " has “ << foo.count() << ” bits set.\n";
else
std::cout << foo << " has no bits set.\n";

return 0;
}

//Possible output:
//Please, enter a binary number: 10110
//0000000000010110 has 3 bits set.
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6.bitset::none()
判断一个bitset是否没被set。如果一个bitset中有元素为1，则返回false，否则返回true。示例代码如下：

// bitset::none
#include <iostream>       // std::cin, std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<16> foo;

std::cout << "Please, enter a binary number: ";
std::cin >> foo;

if (foo.none())
std::cout << foo << " has no bits set.\n";
else
std::cout << foo << " has “ << foo.count() << ” bits set.\n";

return 0;
}

//Possible output:
//Please, enter a binary number: 11010111
//0000000011010111 has 6 bits set.
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7.bitset::all()
判断一个bitset是否里面所有元素都为1，如果都为1，则返回true；否则返回false；示例代码如下：

// bitset::all
#include <iostream>       // std::cin, std::cout, std::boolalpha
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<8> foo;

std::cout << "Please, enter an 8-bit binary number: ";
std::cin >> foo;

std::cout << std::boolalpha;
std::cout << "all: " << foo.all() << ‘\n’;
std::cout << "any: " << foo.any() << ‘\n’;
std::cout << "none: " << foo.none() << ‘\n’;

return 0;
}

//Possible output:
//Please, enter an 8-bit binary number: 11111111
//all: true
//any: true
//none: false
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Bit operations

1.bitset::set()
设定bitset中某一个元素或者所有元素为1.示例代码如下：

// bitset::set
#include <iostream>       // std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<4> foo;

std::cout << foo.set() << ‘\n’; // 1111
std::cout << foo.set(2,0) << ‘\n’; // 1011
std::cout << foo.set(2) << ‘\n’; // 1111

return 0;
}

//Output:
//1111
//1011
//1111
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2.bitset::reset()
将bitset中某一个元素或者所有元素重置为0，示例代码如下：

// bitset::reset
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<4> foo (std::string(“1011”));

std::cout << foo.reset(1) << ‘\n’; // 1001
std::cout << foo.reset() << ‘\n’; // 0000

return 0;
}

//Output:
//1001
//0000
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3.bitset::flip()
反转一个bitset，即将一个bitset中所有元素0置1，1置0。示例代码如下：

// bitset::flip
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<4> foo (std::string(“0001”));

std::cout << foo.flip(2) << ‘\n’; // 0101
std::cout << foo.flip() << ‘\n’; // 1010

return 0;
}

//Output:
//0101
//1010
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Bitset operations

1.bitset::to_string()
将一个bitset转换为string类型，示例代码如下：

// bitset::to_string
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
std::bitset<4> mybits; // mybits: 0000
mybits.set(); // mybits: 1111

std::string mystring =
mybits.to_string<char,std::string::traits_type,std::string::allocator_type>();

std::cout << "mystring: " << mystring << ‘\n’;

return 0;
}

//Output:
//mystring: 1111
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2.bitset::to_ulong()
将bitset转换成一个unsigned_long类型的数。示例代码如下：

// bitset::to_ulong
#include <iostream>       // std::cout
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
  std::bitset<4> foo;     // foo: 0000
  foo.set();              // foo: 1111

  std::cout << foo << " as an integer is: " << foo.to_ulong() << '\n';

  return 0;
}

//Output:
//1111 as an integer is: 15
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3. bitset的运算

bitset的运算就像一个普通的整数一样，可以进行与(&)、或(|)、异或(^)、左移(<<)、右移(>>)等操作。

// bitset operators
#include <iostream>       // std::cout
#include <string>         // std::string
#include <bitset>         // std::bitset

int main ()
{
  std::bitset<4> foo (std::string("1001"));
  std::bitset<4> bar (std::string("0011"));

  std::cout << (foo^=bar) << '\n';       // 1010 (XOR,assign)
  std::cout << (foo&=bar) << '\n';       // 0010 (AND,assign)
  std::cout << (foo|=bar) << '\n';       // 0011 (OR,assign)

  std::cout << (foo<<=2) << '\n';        // 1100 (SHL,assign)
  std::cout << (foo>>=1) << '\n';        // 0110 (SHR,assign)

  std::cout << (~bar) << '\n';           // 1100 (NOT)
  std::cout << (bar<<1) << '\n';         // 0110 (SHL)
  std::cout << (bar>>1) << '\n';         // 0001 (SHR)

  std::cout << (foo==bar) << '\n';       // false (0110==0011)
  std::cout << (foo!=bar) << '\n';       // true  (0110!=0011)

  std::cout << (foo&bar) << '\n';        // 0010
  std::cout << (foo|bar) << '\n';        // 0111
  std::cout << (foo^bar) << '\n';        // 0101

  return 0;
}
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写在最后

有关于bitset的介绍暂时就先写这么多，这个容器出现频次没有其他几类那么高，但是还是要知道。有一些地方就可以起到出其不意的作用。

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