Cpp：bitset

有些程序需要处理二进制位的有序集，每位个能包含 0 或 1。 bitset 类型简化了位集的处理，使用时必须包含头文件

#include <bitset>
using std::bitset;

1、bitset对象的初始化

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类似于 vector，bitset也是一种类模板。bitset 类型之间的区别在于其长度而不是类型，在定义 bitset 类型时，要明确其含有多少位，<> 内指定它的长度：

bitset<32> b;

给出的长度也可以是 常量表达式，长度必须定义为整型字面值常量或已用常量值初始化的整型const对象。

上面的对象 b 含有32个位，每位都是 0。跟 vector 类似，b 中的位也没有命名，可以按位置来访问。位置： 0 ~ 31，以 0 开始的位串是 低阶位（low-order bit），以 31 位结尾的位串是 高阶位（high-order bit）。

所有方法如下表

初始化方法	-
bitset<n> b;	b 有 n 位，每位为 0
bitset<n> b(u);	b 是 unsigned long 型 u 的一个副本
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

1.1、用unsigned值初始化bitset对象

用unsigned long值初始化bitset对象时，该值会转化为二进制位模式。bitset 作为这种位模式的副本，如果bitset类型的长度大于unsigned long值的二进制位数，则其余的高阶位将置为0；如果bitset类型的长度小于二进制位数，则只使用unsigned值中的低阶位，超过bitset类型长度的高阶位将被丢弃。

在32位unsigned long的机器上，十六进制 0xffff 表示为二进制位就是16个1和16个0（每个 0xf 可以表示 1111）

bitset<16> b1(0xffff);    //0~15位为1
bitset<32> b2(0xffff);    //0~15位为1；16~31位为0
bitset<128> b3(0xffff);    //0~15位为1；16~31位为0；32~127位为0

b1 位数少于unsigned long的位数，所以高阶位被丢弃；b2 与unsigned long长度相同，所有位正好放初始值；b3 长度大于 32，31 位以上的高阶位就被置为 0.

1.2、用string对象初始化

当用string对象初始化bitset对象时，string对象直接使用位模式。从string对象读入位集的顺序是 从右至左

string str1("1100");
bitset<32> b4(str1);

b4 的位模式中 2~3 位为 1，其余位置为 0。

要注意，用 string 对象初始化 bitset 对象时，它们是反转的

也可以使用 string 的子串初始 化bitset 对象

string str2("11000001111100001011");
bitset<16> b5(str2, 5, 4);                //从下标为5开始长度为4的子串 "0011"
bitset<16> b6(str2, str2.size() - 4);    //使用最后4个位 "1011"

详细的为

b5: 0000 0000 0000 0011
b6: 0000 0000 0000 1011

2、bitset对象的操作

操作	-
b.any()	b 中是存在为1的二进制位
b.none()	b 中二进制位是否全为0
b.count()	b 中为1的二进制位的个数
b.size()	b 中二进制位的个数
b[pos]	访问 b 中位置为 pos 的二进制位
b.test(pos)	b 中位置为 pos 的二进制位是否为 1
b.set()	把 b 中所有二进制位置为 1
b.set(pos)	b 中位置为 pos 的二进制位是设为 1
b.reset()	把 b 中所有二进制位置为 0
b.reset(pos)	b 中位置为 pos 的二进制位是设为 0
b.flip()	把 b 中所有二进制位逐位反转
b.flip(pos)	把 b 中位置为 pos 的二进制位反转
b.to_ulong()	用 b 中同样的二进制位返回一个 unsigned long 值
os << b	把 b 中的位输出到os流

举例

• 测试：

    bitset<32> b;    //32位，全0
    bool is_set = b.any();        //false
    bool is_none = b.none();    //true
  

• count & size：

    size_t cnt = b.count();
    size_t siz = b.size();
  

  返回的类型 size_t 定义在 cstddef.h 中，对应于c语言的 stddef.h。

• 下标访问：

    for (int index = 0; index != 32; index += 2) {
        b[index] = 1;
        //下面是等价方式
        //b.set(index);    
    }
  

  把 b 中的偶数位置为 1。

• 操作整个bitset对象

    b.reset();    //set all bits to 0.
    b.set();    //set all bits to 1.
    b.flip();    //reverse all bits
    b.flip(0);    //reverse the first bit
    b[0].flip();//as above
  

• to_ulong & cout

    bitset<16> b(0xffff);
    unsigned long ulong = b.to_ulong();
    cout << "b: " << b << ", ulong: " << ulong << endl;
  

  仅当bitset类型的长度小于或等于 unsigned long 的长度时，才可以使用 to_ulong 操作。上例结果

    b: 1111111111111111, ulong: 65535
  

• 位操作符

  bitset 也支持内置的位操作符 << 和 >>，后续介绍。

END.

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