位图通过位操作高效管理布尔状态,使用std::vector<unsigned int>按位存储,支持set、reset、get操作,适用于去重、排序等场景,空间时间效率优于集合容器。

位图(Bitmap)是一种高效的数据结构,用来表示一组布尔值(0 或 1),常用于快速标记和查询某个元素是否存在。在 C++ 中,可以通过 std::vector<bool> 或手动使用整型数组配合位操作来实现一个简单的位图。下面介绍一种基于位操作的自定义位图实现。
位图的核心思想是:用一个 bit 来表示一个整数的状态(比如是否存在)。假设我们要管理 0 到 N-1 的整数,那么只需要 (N + 31) / 32 个 32 位整数(即 unsigned int)即可存储所有状态。
每个 bit 对应一个整数:
通过位运算可以高效地进行设置、清除和查询操作。
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要实现位图,需要掌握三个基本操作:
#include <iostream>
#include <vector>
class Bitmap {
private:
std::vector<unsigned int> bits;
size_t size;
public:
// 构造函数:指定最大处理的数值范围 [0, n)
Bitmap(size_t n) : size(n) {
bits.resize((n + 31) / 32, 0);
}
// 设置第 i 个位为 1
void set(size_t i) {
if (i >= size) return;
bits[i >> 5] |= (1U << (i & 0x1F));
}
// 将第 i 个位清零
void reset(size_t i) {
if (i >= size) return;
bits[i >> 5] &= ~(1U << (i & 0x1F));
}
// 查询第 i 个位是否为 1
bool get(size_t i) const {
if (i >= size) return false;
return (bits[i >> 5] & (1U << (i & 0x1F))) != 0;
}
// 打印前 n 个位的状态(用于调试)
void print(size_t n) {
for (size_t i = 0; i < n && i < size; ++i) {
std::cout << get(i);
}
std::cout << std::endl;
}
};
int main() {
Bitmap bm(64); // 支持 0~63
bm.set(10);
bm.set(20);
bm.set(31);
std::cout << "位状态: ";
bm.print(32); // 输出前32位
std::cout << "get(10): " << bm.get(10) << std::endl; // 1
std::cout << "get(15): " << bm.get(15) << std::endl; // 0
bm.reset(10);
std::cout << "reset 后 get(10): " << bm.get(10) << std::endl; // 0
return 0;
}
这个简单的位图适用于去重、排序(如计数排序变种)、布隆过滤器底层等场景。相比直接使用 std::set 或 std::unordered_set,位图在处理密集整数时空间和时间效率更高。
基本上就这些。理解位操作是关键,实际应用中还可以扩展支持更多功能,比如按位与/或、统计 1 的个数(popcount)等。不复杂但容易忽略边界检查和位运算细节。
以上就是C++如何实现一个简单的位图(Bitmap)_C++数据结构与位图实现的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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