C++ bitset库的使用

bitset
bitset初始化
- 1.构造
- 2.整数初始化
- 3.字符串初始化
- 4.自定义符号初始化
常用
- 1. == 和 !=
- 2. test 获得指定位的值
- 3. size 获得长度
- 4. all, any, none
- 5. count 计算1的个数
- 6. set 设为true/1
- 7. reset 设为false/0
- 8. flip 取反
- 9. to_string 转字符串
- 10. to_ulong,to_ullong 转整数
操作符

bitset

文档：https://zh.cppreference.com/w/cpp/utility/bitset
bitset<N> 表示一个N位的固定大小的序列，可以用于整数和字符串的相互转换
例：5在bitset<8> temp中存储为 [0000 0101] (temp[0]=0,temp[8]=1)
采用逆向存储(低位存放高阶，高位存放低阶)，并且采用的是补码
空间长度不足正整数自动补0，负整数自动补1

满足：
1.可复制构造
2.可复制赋值

头文件

#include <bitset>

bitset初始化

constexpr unsigned int N=8;

1.构造

空构造

bitset<N> temp(); // [0,0,0,0, 0,0,0,0]

自身构造，长度必须相同

bitset<N> temp1(string("00001001"));
bitset<N> temp2(temp1); // [0,0,0,0, 1,0,0,1]
// 或者
// bitset<N> temp2=temp1; // [0,0,0,0, 1,0,0,1]

2.整数初始化

bitset(N) temp((unsigned long long)(9));  // [0,0,0,0, 1,0,0,1]
bitset(N) temp((unsigned long long)(-9)); // [1,1,1,1, 0,1,1,1]
bitset(N) temp(0b11110111); // [1,1,1,1, 0,1,1,1]

如果初始化的整数长度大于N（长度不足）：
数字19的二进制: 0001 0011，若bitset长度不足，将会保存保存低阶部分。

bitset<4> temp(19)  // [0,0,1,1]

3.字符串初始化

字符串初始化采用从左到右复制，靠右对齐，不足自动补0，支持string和char[]。

bitset<N> temp(string("00001001")); // [0,0,0,0,1,0,0,1]
char ch = "01001101;
bitset<N> temp(ch)); // [0,1,0,0,1,1,0,1]// 字符串长度小于N
bitset<N> temp(string("1001")); // [0,0,0,0,1,0,0,1]
char ch = "1001101;
bitset<N> temp(ch)); // [0,1,0,0,1,1,0,1]

字符串初始化比较复杂，分为多种情况，正常来说我们自己写代码不会出现长度对齐的情况。

字符串复制是从数组下标从0开始。

1.指定读取字符串的开始下标
bitset<N> temp(string, num1)，num1为开始下标，且0≤num<str.length()，向右对齐
用例1：

bitset<N> temp(string("111100"),0); // [0,0,1,1, 1,1,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),1); // [0,0,0,1, 1,1,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),2); // [0,0,0,0, 1,1,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),3); // [0,0,0,0, 0,1,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),4); // [0,0,0,0, 0,0,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),5); // [0,0,0,0, 0,0,0,0]
bitset<N> temp(string("111100"),6); // [0,0,0,0, 0,0,0,0]

用例2：开始下标超过字符串长度，将会报错 terminate called after throwing an instance of ‘std::out_of_range’ what(): bitset::bitset: __position (which is 8) > __s.size() (which is 6)

bitset<N> temp(string("111100"),7); // terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range'  what():  bitset::bitset: __position (which is 8) > __s.size() (which is 6)

2.指定字符串读取长度
biteset<N> temp(str, num1, num2)，num1为开始下标，num2为读取长度。

用例1：从下标3开始读，读2个字符，得到"10"，然后右对齐

bitset<N> temp(string("11110000"),3,2);  // [0,0,0,0,0,0,1,0]

用例2：从下标3开始读，指定读取长度超过字符串长度

// 临界值
bitset<N> temp(string("11110000"),3,5);  // [0,0,0,1,0,0,0,0]
// 超过字符串长度
bitset<N> temp(string("11110000"),3,10); // [0,0,0,1,0,0,0,0]

可以看出 num2 超过字符串长度不会对 bitset 的结果产生影响，我认为应该是字符串读取长度被强制更改为 min(str.length()-num1, num2)

3.字符串长度大于 bitset数组长度
用例1：仅初始化，bitset按下标从左到右保存string

bitset<4> temp(string("10010")); // [1,0,0,1]

用例2：指定读取字符串的开始下标

bitset<4> temp(string("1010010")，2); // [1,0,0,1]

用例3：指定读取字符串的开始下标和读取长度

bitset<4> temp(string("10100100001")，2，5); // [1,0,0,1]

4.自定义符号初始化

1.bitset<N> temp(char[], length, char_zero,char_one);
length表示输入字符串读取长度
用例1：从字符串中读取长度为1的字符，字符’0’设为0，字符’1’设为1

bitset<8> temp("10010101",1,'0','1'); // [0,0,0,0, 0,0,0,1]
bitset<8> temp("00010101",1,'0','1'); // [0,0,0,0, 0,0,0,0]

用例2：从字符串中读取长度为8的字符，字符’a’设为0，字符’b’设为1

bitset<8> temp("abaabbba",8,'a','b'); // [0,1,0,0, 1,1,1,0]

用例3：喜闻乐见的字符串长度问题，length超过字符串长度就会报错，仅超过bitset的的长度依旧是保留高位

bitset<8> temp("abaa",8,'a','b'); // terminate called after throwing an instance of 'std::invalid_argument' what():  bitset::_M_copy_from_ptr
bitset<3> temp("abaa",3,'a','b'); // [0,1,0]
bitset<3> temp("abaa",8,'a','b'); // [0,1,0]

2.bitset<N> temp(string,num1,num2,char_one,char_zero);
这个和上面的string的用法一样，不做解释，string(str)和str不是一个东西，后者是char[]，这两个的使用方法不一样

常用

1. == 和 !=

可以比较两个长度相同的bitset所有位是否相等

bitset<4> temp1(-3);
bitset<4> temp2(string("1101")); // 正数13，负数-3
cout << (temp1==temp2) <<endl;  // 1
cout << (temp1!=temp2) <<endl;  // 0

也可以与数字比较

bitset<4> temp1(-3);
cout << (temp1==-3) <<endl;
cout << (temp1!=13) <<endl;bitset<4> temp2(string("1101")); // 正数13，负数-3
cout << (temp2==-3) <<endl;  // 1
cout << (temp2!=13) <<endl;  // 0

2. test 获得指定位的值

temp.test[i] 返回temp[i]的值，与temp[i]不同的是，如果 i 不是合法位置，test(i)会抛异常 std::out_of_range
这里的i是从低阶到高阶，也就是数组最后一位是最低阶，test(0)会得到bitset[N-1]的值

bitset<N> temp(0b10101110);
cout << temp.test(0) <<endl; // 0
cout << temp.test(1) <<endl; // 1
cout << temp.test(2) <<endl; // 1
cout << temp.test(3) <<endl; // 1
cout << temp.test(4) <<endl; // 0
cout << temp.test(5) <<endl; // 1
cout << temp.test(6) <<endl; // 0
cout << temp.test(7) <<endl; // 1
cout << temp.test(8) <<endl; //terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range' what():  bitset::test: __position (which is 8) >= _Nb (which is 8)
cout << temp.test(-1) <<endl; // terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range' what():  bitset::test: __position (which is 4294967295) >= _Nb (which is 8)

3. size 获得长度

返回 bitset 的位数

cout << bitset<N>().size(); // 8

4. all, any, none

all：是否全为true/1
any：是否存在true/1
none：是否不存在true/1

bitset	all	any
0000	0	0
0101	0	1
1111	1	1

5. count 计算1的个数

返回bitset中true/1的个数

cout << bitset<N>(b11111000).count(); // 5

6. set 设为true/1

两种用法：
1.set()：设置所有位为true/1
2.set(i)：指定阶设为true/1，i是要设置的位（从最低阶到最高阶/从最后一个到第一个）
这里的i是从低阶到高阶，也就是数组最后一位是最低阶，set(0)令bitset[N-1]=1，如果 i 不是合法位置，set(i)会抛异常 std::out_of_range

cout << bitset<N>(0b11111000).set(0) << endl; // 11111001
cout << bitset<N>(0b11111000).set()  << endl; // 11111111

7. reset 设为false/0

两种用法：
1.reset ()：设置所有位为false/0
2.reset (i)：指定阶设为false/0，i是要设置的位（从最低阶到最高阶/从最后一个到第一个）
这里的i是从低阶到高阶，也就是数组最后一位是最低阶，reset(0)令bitset[N-1]=0，如果 i 不是合法位置，reset(i)会抛异常 std::out_of_range

cout << bitset<N>(0b11111000).reset(3) << endl; // 11110000
cout << bitset<N>(0b11111000).reset()  << endl; // 00000000

8. flip 取反

两种用法：
1.flip()：设置所有位为取反
2.flip(i)：指定阶取反，i是要设置的位（从最低阶到最高阶/从最后一个到第一个）
这里的i是从低阶到高阶，也就是数组最后一位是最低阶，flip(0)令bitset[N-1]=0，如果 i 不是合法位置，flip(i)会抛异常 std::out_of_range

cout << bitset<N>(0b11111000).flip(4) << endl; // 11101000
cout << bitset<N>(0b11111000).flip()  << endl; // 00000111

9. to_string 转字符串

两种用法：
1.to_string()

cout << bitset<N>(      0b111111000).  to_string() << endl; // 11111000
cout << bitset<N>(       "111111000"). to_string() << endl; // 11111100
cout << bitset<N>(string("111111000")).to_string() << endl; // 11111100

2.to_string(ch_zero)和to_string(ch_zero,ch_one)

cout << bitset<N>(      0b111111000).  to_string('*') << endl; // 11111***
cout << bitset<N>(       "111111000"). to_string('*') << endl; // 111111**
cout << bitset<N>(string("111111000")).to_string('*') << endl; // 111111**cout << bitset<N>(      0b111111000).  to_string('-','+') << endl; // +++++---
cout << bitset<N>(       "111111000"). to_string('-','+') << endl; // ++++++--
cout << bitset<N>(string("111111000")).to_string('-','+') << endl; // ++++++--

10. to_ulong,to_ullong 转整数

cout << bitset<N>(0b111111000).to_ulong() << endl;
cout << bitset<N>("111111000").to_ulong() << endl; cout << bitset<N>(0b111111000).to_ullong() << endl;
cout << bitset<N>("111111000").to_ullong() << endl;

储存到带符号变量中要考虑到N的长度，例如下面这样得到的都是-1，因为short的长度是16位，如果把N改成15，那么num得到的数会是32767（2的15次方-1）

constexpr int N = 16;
bitset<N> temp1("1111111111111111");
bitset<N> temp2(-1);
bitset<N> temp3(0b1111111111111111);
for (auto i:{temp1,temp2,temp3}){short num = i.to_ulong();cout << num << endl; //-1
}

操作符

操作符	描述
<<	返回新的左移结果
<<=	返回当前对象左移后的结果
>>	返回新的右移结果
>>=	返回当前对象右移后的结果
&=	与
\|=	或
^&	异或
~	非

bitset<4> temp("1001");
bitset<4> temp2 = temp<<1;
cout << temp << endl; // 1001
cout << temp2 <<endl; // 0010

<<=

bitset<4> temp("1001");
bitset<4> temp2 = temp<<=1;
cout << temp <<endl; // 0010
cout << temp2 <<endl; // 0010

bitset<5> temp1("11111"); // 11111
bitset<5> temp2(-1);      // 11111
bitset<5> temp3(0b11111); // 11111
cout << (temp1>>1) <<endl;// 01111
cout << (temp2>>1) <<endl;// 01111
cout << (temp3>>1) <<endl;// 01111

与、或、异或及非

cout << (bitset<4>("1011") ^= bitset<4>("0101")) << endl; // 1110
cout << (bitset<4>("1011") |= bitset<4>("0101")) << endl; // 1111
cout << (bitset<4>("1011") &= bitset<4>("0101")) << endl; // 0001
cout << ~bitset<4>("1011") << endl; // 0100

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