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C++ bitset用法详解_C++二进制位操作

冰火之心

冰火之心

发布时间:2025-12-03 10:07:24

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来源于php中文网

原创

bitset是C++中用于高效操作固定长度二进制位的模板类,定义在头文件中。1. 可通过整数、字符串或空初始化创建实例,如std::bitset bs1(255)生成11111111。2. 提供test、set、reset、flip等成员函数以安全访问和修改特定位,并支持size、count、any、none等状态查询。3. 支持to_string、to_ulong、to_ullong转换及流输出,便于调试和结果展示。4. 支持按位与、或、异或、取反等运算及复合赋值,语法直观。5. 广泛应用于状态标记、集合操作、子集枚举和算法优化(如状态压缩DP),显著提升代码可读性和开发效率。

c++ bitset用法详解_c++二进制位操作

在C++中,bitset 是一个非常实用的模板类,用于高效地操作二进制位。它定义在 头文件中,能够将整数或字符串转换为固定长度的二进制序列,并提供便捷的位操作接口。相比手动使用位运算符(如 &、|、^、~、>),bitset 更加直观、安全且易于调试。

1. bitset 的基本定义与初始化

bitset 的模板参数是固定的位数,必须在编译时确定:

std::bitset bs;

其中 N 是位数。常见初始化方式包括:

  • 从整数构造:bitset 会自动将其转为二进制表示
  • std::bitset bs1(255); // 11111111
  • 从字符串构造:字符串只能包含 '0' 和 '1'
  • std::bitset bs2("101010"); // 直接赋值
  • 空初始化:所有位默认为 0
  • std::bitset bs3; // 0000

2. 常用成员函数与操作

bitset 提供了丰富的接口来查询和修改位状态:

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  • test(pos):返回第 pos 位是否为 1(越界会抛异常)
  • bs.test(0); // 检查最低位
  • set(pos, value):设置第 pos 位为 value(true 或 false)
  • bs.set(2); // 设为1
    bs.set(2, 0); // 设为0
  • reset(pos):将第 pos 位置 0;无参则全部清零
  • bs.reset(); // 所有位变0
  • flip(pos):翻转第 pos 位;无参则翻转所有位
  • bs.flip(); // 全部取反
  • size():返回总位数
  • count():返回值为 1 的位的数量
  • bs.count(); // 统计1的个数
  • any():是否有任意一位为1
  • none():是否所有位都为0

3. 转换与输出

bitset 支持多种格式转换,便于调试和结果展示:

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下载
  • to_string():转为字符串
  • std::string s = bs.to_string();
  • to_ulong():转为 unsigned long(超出范围会抛异常)
  • unsigned long val = bs.to_ulong();
  • to_ullong():转为 unsigned long long
  • unsigned long long val = bs.to_ullong();

直接输出到流也很方便:

std::cout

4. 位运算操作

bitset 支持常见的逻辑运算,语法清晰:

std::bitset a("1100"), b("1010");
std::bitset c = a & b; // 1000
std::bitset d = a | b; // 1110
std::bitset e = a ^ b; // 0110
std::bitset f = ~a; // 0011

也支持复合赋值操作符:&=, |=, ^=

5. 实际应用场景

bitset 常用于以下场景:

  • 状态标记:用每一位代表某种状态(如权限控制)
  • 集合操作:将集合元素映射到位上,交并补操作即对应位运算
  • 枚举子集:配合循环遍历所有组合
  • for (int i = 0; i   std::bitset bs(i);
      // 处理每个子集
    }
  • 算法优化:如快速判断质数(埃氏筛)、状态压缩DP等

基本上就这些。bitset 简化了二进制位操作,避免了复杂的位移和掩码计算,代码更易读且不易出错。虽然大小固定,但在大多数需要位处理的场合都非常适用。合理使用能显著提升开发效率和程序可维护性。

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