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c++中如何将十进制转二进制_c++ bitset用法与转换实例【详解】

穿越時空

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发布时间:2026-01-19 16:26:02

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来源于php中文网

原创

std::bitset适用于编译期已知位宽的无符号整数转二进制字符串,构造时高位补零,负数按补码解释,不支持浮点数或变量位宽;超范围则截断低位,需手动去前导零。

c++中如何将十进制转二进制_c++ bitset用法与转换实例【详解】

std::bitset 转十进制整数为二进制字符串最简单

只要整数在编译期已知位宽(比如 int 通常是 32 位),std::bitset 就是最直接、无符号、不依赖平台的方案。它不是运行时计算,而是模板实例化后生成固定长度的二进制表示。

注意:它只接受无符号整数类型作为构造参数;传入负数会按补码解释为很大的正数(例如 bitset(-1) 得到 "11111111"),这不是“转负数的二进制原码”,而是底层位模式的忠实复制。

  • std::bitsetN 必须是编译期常量,不能是变量
  • 构造时若值超出 N 位能表示的范围,高位被截断(相当于取低 N 位)
  • 调用 .to_string() 返回 std::string,高位在前(标准二进制书写顺序)
int x = 13;
std::bitset<8> b(x);  // 构造 8 位 bitset,x=13 → 00001101
std::cout << b.to_string() << "\n";  // 输出 "00001101"

处理运行时位宽或任意大小整数要用 std::vector 或手动除二

当你要把一个 long long 转成“去掉前导零”的二进制字符串,或者位宽由用户输入决定(比如 int n; std::cin >> n;),std::bitset 就不适用了——它的模板参数不能是变量。

这时有两个主流选择:

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  • 用循环除 2 取余法,把余数存入 std::vector 再逆序拼接(适合教学或需控制细节)
  • std::vector 存位,再逐位转字符(更接近位操作语义)
  • 注意:std::vector 是特化容器,不支持取地址、迭代器行为略有差异,日常转换中不如普通 std::vector 稳定
int x = 25;
std::string bin;
if (x == 0) bin = "0";
else {
    while (x > 0) {
        bin += '0' + (x & 1);  // 比 x % 2 更快,且避免负数问题
        x >>= 1;
    }
    std::reverse(bin.begin(), bin.end());
}
// bin == "11001"

std::bitset 不支持小数、浮点数或带符号格式化输出

如果你尝试 std::bitset(-123),它不会输出 "-1111011",而是把 -123 的内存表示(补码)当作无符号整数来解析:static_cast(-123) → 大数 → 对应的 32 位二进制串。

同样,floatdouble 无法直接传给 bitset 构造函数——类型不匹配,编译失败。想看 IEEE 754 位模式?得先用 memcpystd::bit_cast(C++20)转成整数类型再喂给 bitset

  • 要输出带符号的二进制(如 "-1011"),必须自己判断符号、取绝对值、拼接负号
  • 要输出浮点数的二进制位布局,必须先转为等价整数类型,例如:std::bitset(*(uint32_t*)&f)(需注意 strict aliasing 和 endianness)

性能与可读性权衡:什么时候该用 std::bitset

std::bitset 的优势在于编译期确定、零运行时开销、支持位运算(&, |, ^, ~, , >>),适合做位掩码、状态压缩、硬件接口模拟等场景。但它不是通用“进制转换工具”。

  • 仅需一次转字符串展示?用除二法或 std::format(C++20)更直白
  • 需要频繁位操作 + 同时要转字符串?bitset 是合理选择
  • 目标数可能超 unsigned long long?得上 boost::dynamic_bitset 或自定义大数类

最容易被忽略的一点:很多人以为 bitset::to_string() 总是返回紧凑结果,其实它永远返回 N 位,前面补零——如果你只需要有效位,还得自己 find_first_of('1') 截断。

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