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std::betset
template <size_t N> class bitset;
N是一个非类型模板参数，表示这个位图有N个比特位
1. 构造 construct
bitset(); //默认构造bitset (unsigned long val); //用一个无符号long型构造//用字符串构造
template<class charT, class traits, class Alloc>
explicit bitset (const basic_string<charT,traits,Alloc>& str,typename basic_string<charT,traits,Alloc>::size_type pos = 0,typename basic_string<charT,traits,Alloc>::size_type n = basic_string<charT,traits,Alloc>::npos);
注意：
用整数和字符串初始化时，是从位图的低位开始进行初始化的
例如：
int main ()
{std::bitset<16> foo; //16位比特位为0std::bitset<16> bar (0xfa2); //用0xfa2 - 111110100010 进行构造std::bitset<16> baz (std::string("0101111001")); //用字符串构造std::cout << "foo: " << foo << '\n';std::cout << "bar: " << bar << '\n';std::cout << "baz: " << baz << '\n';return 0;
}
output:
foo: 0000000000000000
bar: 0000111110100010
baz: 0000000101111001
2. 成员函数
操作函数
2.1 bitset::set
all bits (1) bitset& set();single bit (2) bitset& set (size_t pos, bool val = true);
-
第一种方式：将所有比特位设置为1
-
第二种方式：将pos位置的比特位设置为val
pos：从低位，下标为0开始数，pos即倒数第pos个下标val：true -> 1; false -> 0
例如：
int main()
{std::bitset<16> foo;std::cout << "foo: " << foo << '\n';foo.set();std::cout << "foo: " << foo << '\n';foo.set(2, false);std::cout << "foo: " << foo << '\n';return 0;
}
output:
foo: 0000000000000000
after foo.set(), foo: 1111111111111111
after foo.set(2, false), foo: 1111111111111011
2.2 bitset::reset
all bits (1) bitset& reset();single bit (2) bitset& reset (size_t pos);
- 将所有的比特位或
pos处的比特位置0
例如：
int main()
{std::bitset<16> foo;foo.set();std::cout << "foo: " << foo << '\n';foo.reset(3);std::cout << "after foo.reset(3), foo: " << foo << '\n';return 0;
}
output:
foo: 1111111111111111
after foo.reset(3), foo: 1111111111110111
2.3 bitset::flip
all bits (1) bitset& flip();single bit (2) bitset& flip (size_t pos);
- 反转所有比特位或将
pos位置的比特位反转
例如：
int main()
{std::bitset<16> foo;std::cout << "foo: " << foo << '\n';foo.flip(3);std::cout << "after foo.flip(3), foo: " << foo << '\n';return 0;
}
output:
foo: 0000000000000000
after foo.flip(3), foo: 0000000000001000
2.4 bitset::operator[]
bool operator[] (size_t pos) const; //获取该比特位为0还是1
reference operator[] (size_t pos); //获取该比特位的引用，可直接修改
获取状态函数
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
size_t size() const; | 获取一共多少个比特位 |
size_t count() const; | 获取有多少个比特位为1 |
bool test (size_t pos) const; | 判断pos位置的比特位是否为1 |
bool any() const; | 判断位图中是否有比特位为1 |
bool none() const; | 判断位图中是否所有比特位为0（any的反面） |
bool all() const noexcept; | 判断位图中是否所有的比特位为1 |
转换函数
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
string to_string() const | 将位图转换为0/1字符串 |
unsigned long to_ulong() const; | 将位图转换为ul型整数 |
unsigned long long to_ullong() const; | 将位图转换为ull型整数 |
3. 输入输出运算符重载
输入的比特位从低位开始填充
例如：
int main()
{std::bitset<10> foo;std::cout << "please input: ";std::cin >> foo;std::cout << "output foo: " << foo << std::endl;return 0;
}
output:
please input: 1111
output foo: 0000001111
4. 位运算重载
5. 模拟实现
bitset实际上使用多个unsigned long型进行实现的
例如如果N == 1000，由于一个unsigned long为32（也可能是64），那我们就需要1000 / 32 = 31 + 1，即32个unsigned long型数据
注意：
bitset的第 0 位存储在数组的第一个无符号整数的最低位。
5.1 构造 construct
template<size_t N>
class bitset
{
public:bitset(){_bitset.resize(N / 32 + 1);}
private:std::vector<unsigned long> _bitset;
};
5.2 操作函数
5.2.1 set
如果要将所有位置1，很简单，将vector中的每个数| 0UL即可
如果要将指定pos位置的比特位置1，那么就先要获得pos位置的比特位：
- 先获取
pos在第几个整数：pos / 32- 再获取
pos在这个整数的第几个比特位pos % 32
bitset& set()
{for (auto& num : _bitset)num |= ~0UL;return *this;
}bitset& set(size_t pos, bool val = true)
{assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位if (val)_bitset[unit_index] |= (1UL << bit_index);else_bitset[unit_index] &= ~(1UL << bit_index);return* this;
}
5.2.2 reset
和set的逻辑类似
bitset& reset()
{for (auto& num : _bitset)num = 0;return *this;
}bitset& reset(size_t pos)
{assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位_bitset[unit_index] &= ~(1UL << bit_index);return *this;
}
5.2.3 flip
bitset& flip()
{for (auto& num : _bitset)num = ~num;return *this;
}bitset& flip(size_t pos)
{assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位_bitset[unit_index] ^= (1UL << bit_index);return *this;
}
5.3 获取状态函数
bool test(size_t pos) const
{assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位return _bitset[unit_index] & (1UL << bit_index);
}size_t size() const
{return N;
}size_t count() const
{int ret = 0;for (size_t i = 0; i < N; i++)ret += test(i);return ret;
}bool any() const
{for (auto& num : _bitset)if (num)return true;return false;
}bool none() const
{return !any();
}bool all() const
{int ret = 0;for (size_t i = 0; i < N; i++)ret += test(i);return ret == N;
}
5.4 输出运算符重载
friend std::ostream& operator<< (std::ostream& cout, const bitset<N>& bitset)
{for (size_t i = N - 1; i >= 0; --i)cout << (bitset.test(i) == true ? 1 : 0);return cout;
}
5.5 代码
namespace lwj
{template<size_t N>class bitset{const size_t sizeoful = sizeof(unsigned long) * 8;public:bitset(){_bitset.resize(N / sizeoful + 1);}bitset& set(){for (auto& num : _bitset)num |= ~0UL;return *this;}bitset& set(size_t pos, bool val = true){assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位if (val)_bitset[unit_index] |= (1UL << bit_index);else_bitset[unit_index] &= ~(1UL << bit_index);return* this;}bitset& reset(){for (auto& num : _bitset)num = 0;return *this;}bitset& reset(size_t pos){assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位_bitset[unit_index] &= ~(1UL << bit_index);return *this;}bitset& flip(){for (auto& num : _bitset)num = ~num;return *this;}bitset& flip(size_t pos){assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位_bitset[unit_index] ^= (1UL << bit_index);return *this;}bool test(size_t pos) const{assert(pos < N);size_t unit_index = pos / sizeoful; //在第几个整数size_t bit_index = pos % sizeoful; //在这个整数的第几个比特位return _bitset[unit_index] & (1UL << bit_index);}size_t size() const{return N;}size_t count() const{int ret = 0;for (size_t i = 0; i < N; i++)ret += test(i);return ret;}bool any() const{for (auto& num : _bitset)if (num)return true;return false;}bool none() const{return !any();}bool all() const{int ret = 0;for (size_t i = 0; i < N; i++)ret += test(i);return ret == N;}friend std::ostream& operator<< (std::ostream& cout, const bitset<N>& bitset){for (size_t i = N - 1; i >= 0; --i)cout << (bitset.test(i) == true ? 1 : 0);return cout;}private:std::vector<unsigned long> _bitset;};
}