c++怎么实现一个位图数据结构_c++位图数据结构实现方法-C++-PHP中文网

c++怎么实现一个位图数据结构_c++位图数据结构实现方法

下次还敢

发布： 2025-10-01 21:28:02

原创

254人浏览过

位图使用位操作高效存储布尔值，每个位表示一个整数的存在性，适合去重、查找等场景。通过std::vector<unsigned char>可实现动态位图，支持set、reset、test操作，内存占用小且访问速度快。

c++怎么实现一个位图数据结构_c++位图数据结构实现方法

在C++中实现一个位图（Bitmap）数据结构，主要是利用位操作来高效地存储和操作布尔值集合。每个位代表一个状态（0或1），适合用于去重、排序、快速查找等场景，比如处理大量整数的是否存在判断。

基本原理与设计思路

位图的核心思想是用一个 bit 来表示一个整数的存在与否。例如，要表示 0 到 N-1 的整数是否存在，可以使用 (N + 7) / 8 字节的内存空间（即向上取整到字节边界）。

关键点：

使用 unsigned char 数组或 std::vector<bool> 或 std::bitset 实现底层存储
通过位运算设置、清除、查询某一位
支持动态大小时可用 std::vector<unsigned char>

手动实现简易位图类

下面是一个基于 std::vector<unsigned char> 的可变长位图实现：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

即构数智人

即构数智人是由即构科技推出的AI虚拟数字人视频创作平台，支持数字人形象定制、短视频创作、数字人直播等。

查看详情

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cassert>

class Bitmap {
private:
    std::vector<unsigned char> data;
    size_t num_bits;

    // 获取字节索引
    size_t byte_index(size_t bit) const {
        return bit / 8;
    }

    // 获取位在字节中的偏移
    size_t bit_offset(size_t bit) const {
        return bit % 8;
    }

public:
    explicit Bitmap(size_t n) : num_bits(n) {
        data.resize((n + 7) / 8, 0);  // 每个字节8位，向上取整
    }

    // 设置某一位为1
    void set(size_t bit) {
        assert(bit < num_bits);
        size_t byte_idx = byte_index(bit);
        size_t offset = bit_offset(bit);
        data[byte_idx] |= (1 << offset);
    }

    // 清除某一位为0
    void reset(size_t bit) {
        assert(bit < num_bits);
        size_t byte_idx = byte_index(bit);
        size_t offset = bit_offset(bit);
        data[byte_idx] &= ~(1 << offset);
    }

    // 查询某一位是否为1
    bool test(size_t bit) const {
        assert(bit < num_bits);
        size_t byte_idx = byte_index(bit);
        size_t offset = bit_offset(bit);
        return (data[byte_idx] >> offset) & 1;
    }

    // 清空所有位
    void clear() {
        std::fill(data.begin(), data.end(), 0);
    }
};

登录后复制

使用示例

测试上面的位图实现：

int main() {
    Bitmap bm(100);  // 支持0~99

    bm.set(10);
    bm.set(20);
    bm.set(99);

    std::cout << "bit 10: " << bm.test(10) << "\n";  // 输出 1
    std::cout << "bit 15: " << bm.test(15) << "\n";  // 输出 0
    std::cout << "bit 99: " << bm.test(99) << "\n";  // 输出 1

    bm.reset(99);
    std::cout << "bit 99 after reset: " << bm.test(99) << "\n";  // 输出 0

    return 0;
}

登录后复制

标准库替代方案

C++ 提供了一些更高级的选择：

std::bitset<N>：编译期固定大小，性能高，接口简洁
std::vector<bool>：动态大小，但注意它是特化模板，行为不同于普通vector

例如使用 std::bitset：

#include <bitset>
#include <iostream>

std::bitset<100> bs;
bs.set(10);
bs.set(20);
std::cout << bs.test(10);  // 输出 true

登录后复制

基本上就这些。自己实现可以灵活控制内存和扩展功能，而标准库版本更安全便捷。根据需求选择即可。位图特别适合处理密集整数集合，节省空间且速度快。

以上就是c++++怎么实现一个位图数据结构_c++位图数据结构实现方法的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！