C++ bitset用法详解_C++二进制位操作

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<bitset>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<8> 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。

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 <bitset> 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：

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<8> bs1(255); // 11111111
• 从字符串构造：字符串只能包含 '0' 和 '1'
std::bitset<6> bs2("101010"); // 直接赋值
• 空初始化：所有位默认为 0
std::bitset<4> 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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• 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：

4. 位运算操作

bitset 支持常见的逻辑运算，语法清晰：

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 < (1 << n); ++i) {
  std::bitset<8> 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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