c++ bitset類用法

          有些程式要處理二進位位的有序集，每個位可能包含的是0（關）或1（開）的值。位是用來儲存一組項或條件的yes/no資訊（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類就必須要包含相關的標頭檔。在本書提供的例子中，假設都使用了std::bitset的using聲明：

#include <bitset>using std::bitset;

1.bitset定義和初始化

          以下列出了bitset的建構函式：

bitset<n> b;          //b有n位，每位都為0bitset<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

         類似於vector，bitset類是一種類模板；而與vector不一樣的是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，須在角括弧內給出它的長度值：

bitset<32> bitvec; //32位，全為0。

         給出的長度值必須是常量運算式。正如這裡給出的，長度值必須定義為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定義為含有32個位的bitset對象。和vector的元素一樣，bitset中的位是沒有命名的，程式員只能按位置來訪問它們。位集合的位置編號從0開始，因此，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)。

1.1用unsigned值初始化bitset對象

         當用unsigned long值作為bitset對象的初始值時，該值將轉化為二進位的位元模式。而bitset對象中的位集作為這種位元模式的副本。如果bitset類型長度大於unsigned long值的二進位位元，則其餘的高階位置為0；如果bitet類型長度小於unsigned long值的二進位位元，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，十六進位值0xffff表示為二進位位就是十六個1和十六個0（每個0xf可表示為1111）。可以用0xffff初始化bitset對象：

// bitvec1 is smaller than the initializerbitset<16> bitvec1(0xffff);          // bits 0 ... 15 are set to 1// bitvec2 same size as initializerbitset<32> bitvec2(0xffff);          // bits 0 ... 15 are set to 1; 16 ... 31 are 0// on a 32-bit machine, bits 0 to 31 initialized from 0xffffbitset<128> bitvec3(0xffff);         // bits 32 through 127 initialized to zero

         上面的三個例子中，0到15位都置為1。由於bitvec1位元少於unsigned long的位元，因此bitvec1的初始值的高階位被丟棄。bitvec2和unsigned long長度相同，因此所有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為0。

1.2用string對象初始化bitset對象

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

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

         bitvec4的位元模式中第2和3的位置為1，其餘位置都為0。如果string對象的字元個數小於bitset類型的長度，則高階位將置為0。
       string對象和bitset對象之間是反向轉化的：string對象的最右邊字元（即下標最大的那個字元）用來初始化bitset對象的低階位（即下標為0的位）。當用string對象初始化bitset對象時，記住這一差別很重要。
       不一定要把整個string對象都作為bitset對象的初始值。相反，可以只用某個子串作為初始值：

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

          這裡用str中從str[5]開始包含四個字元的子串來初始化bitvec5。照常，初始化bitset對象時總是從子串最右邊結尾字元開始的，bitvec5的從0到3的二進位位置為1100，其他二進位位都置為0。如果省略第三個參數則意味著取從開始位置一直到string末尾的所有字元。本例中，取出str末尾的四位來對bitvec6的低四位進行初始化。bitvec6其餘的位初始化為0。這些初始化過程的圖示如下：

2.bitset的上的操作

          多種bitset操作用來測試或設定bitset對象中的單個或多個二進位位：

2.1測試整個bitset對象

           如果bitset對象中有一個或多個二進位位置為1，則any操作返回true，也就是說，其傳回值等於1;相反，如果bitset對象中的二進位位全為0,則none操作返回true。

bitset<32> bitvec; // 32 bits, all zerobool is_set = bitvec.any();            // false, all bits are zerobool is_not_set = bitvec.none();      // true, all bits are zero

          如果需要知道置為1的二進位位的個數，可以使用count操作，該操作返回置為1的二進位位的個數：

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

          count操作的傳回型別是標準庫中命名為size_t的類型。size_t類型定義在cstddef標頭檔中，該檔案是C標準庫的標頭檔stddef.h的C++版本。它是一個與機器相關的unsigned類型，大小可以保證儲存記憶體中對象。
        與vector和string中的size操作一樣，bitset的size操作返回bitset對象中二進位位的個數，傳回值的類型是size_t:

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

2.2訪問bitset對象中的位

          可以用下標操作符來讀或寫某個索引位置的二進位位，同樣地，也可以用下標操作符測試給定二進位位的值或設定某個二進位位的值：

// assign 1 to even numbered bitsfor (int index = 0; index != 32; index += 2)bitvec[index] = 1;

         上面的迴圈把bitvec中的偶數下標的位都置為1。
       除了用下標操作符，還可以用set、test和reset操作來測試或設定給定二進位位的值：

// equivalent loop using set operationfor (int index = 0; index != 32; index += 2)bitvec.set(index);

         為了測試某個二進位位是否為1，可以用test操作或者測試下標操作符的傳回值：

if (bitvec.test(i))    // bitvec[i] is on// equivalent test using subscriptif (bitvec[i])    // bitvec[i] is on

           如果下標操作符測試的二進位位為1，則返回的測試值的結果為true，否則返回false。

2.3對整個bitset對象進行設定

          set和reset操作分別用來對整個bitset對象的所有二進位位全置1和全置0：

bitvec.reset();    // set all the bits to 0.bitvec.set();      // set all the bits to 1

          flip操作可以對bitset對象的所有位或個別位按位取反：

bitvec.flip(0);   // reverses value of first bitbitvec[0].flip(); // also reverses the first bitbitvec.flip();    // reverses value of all bits

2.4擷取bitset對象的值

          to_ulong操作返回一個unsigned long值，該值與bitset對象的位元模式儲存值相同。僅當bitset類型的長度小於或等於unsigned long的長度時，才可以使用to_ulong操作：

unsigned long ulong = bitvec3.to_ulong();cout << "ulong = " << ulong << endl;

           to_ulong操作主要用於把bitset對象轉到C風格或標準C++之前風格的程式上。如果bitset對象包含的二進位位元超過unsigned long的長度，將會產生運行時異常。

2.5輸出二進位位

           可以用輸出操作符輸出bitset對象中的位元模式：

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

           輸出結果為：

bitvec2: 00000000000000001111111111111111

2.6使用位操作符

          bitset類也支援內建的位操作符。C++定義的這些操作符都只適用於整型運算元，它們所提供的操作類似於本節所介紹的bitset操作。

3.程式執行個體

#include <iostream>#include <bitset>using namespace std;int main(){//bitset 使用整數初始化bitsetbitset<3> bs(7);//輸出bs各個位的值cout<<"bs[0] is "<<bs[0]<<endl;cout<<"bs[1] is "<<bs[1]<<endl;cout<<"bs[2] is "<<bs[2]<<endl;//下面的語句會拋出outofindexexception//cout<<"bs[3] is "<<bs[3]<<endl;//使用字串初始化bitset//注意：使用string初始化時從右向左處理，如下初始化的各個位的值將是110，而非011string strVal("011");bitset<3> bs1(strVal);//輸出各位cout<<"bs1[0] is "<<bs1[0]<<endl;cout<<"bs1[1] is "<<bs1[1]<<endl;cout<<"bs1[2] is "<<bs1[2]<<endl;//cout輸出時也是從右邊向左邊輸出cout<<bs1<<endl;//bitset的方法//any()方法如果有一位為1，則返回1cout<<"bs1.any() = "<<bs1.any()<<endl;//none()方法，如果有一個為1none則返回0，如果全為0則返回1bitset<3> bsNone;cout<<"bsNone.none() = " <<bsNone.none()<<endl;//count()返回幾個位為1cout<<"bs1.count() = "<<bs1.count()<<endl;//size()返回位元cout<<"bs1.size() = "<<bs1.size()<<endl;//test()返回某一位是否為1//flip()諸位取反bitset<3> bsFlip = bs1.flip();cout<<"bsFlip = "<<bsFlip<<endl;//to_ulongunsigned long val = bs1.to_ulong();cout<<val;}

（新浪微博：@全亮_機器學習）