详解C++ bitset用法

bitset是C++ STL中的一个类，用于位运算。它最主要的作用是用来压缩表示布尔值数组。bitset内部使用一个数组来存储每个位的状态，这个数组通常使用一个整数类型的数组，每个整数通常为一个字长，即32或64位。可以使用位运算符对bitset进行各种操作。

本文将详细讲解bitset的用法，以及两个示例说明。

基本用法

要使用bitset，首先需要包含头文件<bitset>。可以用以下方法定义bitset对象：

bitset<8> bits;            // 定义大小为8位的bitset对象，初始值为0
bitset<8> bits(0b101010);  // 定义并初始化为二进制101010
bitset<8> bits("101010");  // 定义并初始化为字符串"101010"

可以通过以下方式访问和设置bitset对象中的位：

bitset<8> bits("101010");
bits.set(0);               // 将第0位设置为1
bits.reset(1);             // 将第1位设置为0
bits[2] = 1;               // 通过下标操作符将第2位设置为1
bits.flip(3);              // 将第3位取反

可以通过以下方式输出bitset对象：

bitset<8> bits("101010");
cout << bits << endl;       // 输出：101010

位操作

以下是一些基本的位操作函数：

• count()：返回bitset中为1的位数。
• digits()：返回bitset中存储的整数个数。
• size()：返回bitset中的位数。
• test(i)：返回第i位是否为1。
• to_ulong()：将bitset转换为unsigned long类型。
• to_ullong()：将bitset转换为unsigned long long类型。

以下是一些基本的位运算操作：

• &：按位与。
• |：按位或。
• ^：按位异或。
• ~：按位取反。

下面是一些bitset的位运算示例：

bitset<8> bits1("101010");
bitset<8> bits2("010101");
bitset<8> bits3;

bits3 = bits1 & bits2;     // 按位与，得到000000
bits3 = bits1 | bits2;     // 按位或，得到111111
bits3 = bits1 ^ bits2;     // 按位异或，得到111111
bits3 = ~bits1;            // 按位取反，得到010101

示例1：二进制转十进制

以下示例展示如何使用bitset将二进制数转换为十进制数：

#include <iostream>
#include <bitset>
using namespace std;

int main()
{
    // 定义大小为8位的bitset对象，初始值为0
    bitset<8> bits("10101010");

    // 输出二进制数
    cout << "二进制数：" << bits << endl;

    // 转换为十进制数
    unsigned long num = bits.to_ulong();
    cout << "十进制数：" << num << endl;

    return 0;
}

上述代码输出结果为：

二进制数：10101010
十进制数：170

示例2：统计字符串中字母出现的次数

以下示例展示如何使用bitset统计字符串中每个字母出现的次数：

#include <iostream>
#include <string>
#include <bitset>
using namespace std;

int main()
{
    string s = "abababcccddd";

    // 统计每个字母出现的次数
    bitset<26> bs;
    for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
        char c = s[i];
        bs[c - 'a'] = 1;
    }

    // 输出每个字母出现的次数
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++) {
        if (bs[c - 'a']) {
            int cnt = 0;
            for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
                if (s[i] == c) cnt++;
            }
            cout << c << ":" << cnt << endl;
        }
    }

    return 0;
}

上述代码输出结果为：

a:3
b:3
c:3
d:3

这是因为字符串中每个字母都出现了3次。

结论

本文介绍了bitset的基本用法和位操作，同时给出了两个使用bitset的实际示例。bitset在处理位运算问题时非常方便，如果我们需要处理大量的布尔值，并希望使用最少的空间，那么bitset是一个非常有用的工具。