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C++ bitset用法详解_C++位运算优化与二进制处理技巧

冰火之心

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发布时间:2025-12-24 09:41:40

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来源于php中文网

原创

bitset是C++中用于处理固定长度二进制序列的类模板,定义在头文件中,支持多种初始化方式(整数、字符串、拷贝),提供count()、test()、set()等成员函数及位运算操作符,适用于状态压缩、汉明距离计算和筛法优化等场景,但大小需在编译时确定,超出to_ulong/to_ullong范围会抛出异常,输入输出需匹配位数且仅含0/1字符。

c++ bitset用法详解_c++位运算优化与二进制处理技巧

在C++中,bitset 是一个非常实用的类模板,定义在 头文件中,用于高效地处理固定长度的二进制位序列。它不仅简化了位运算操作,还提供了直观的接口来访问和修改每一位,非常适合用于状态压缩、集合表示、位图标记等场景。

1. bitset 基本定义与初始化

bitset 的大小必须在编译时确定,声明方式如下:

std::bitset b;

其中 N 是位数。支持多种初始化方式:

  • bitset b1(255); —— 用整数初始化(转为二进制)
  • bitset b2("11001100"); —— 用字符串初始化
  • bitset b3(b1); —— 拷贝构造

注意:字符串只能包含 '0' 和 '1',否则会抛出 std::invalid_argument 异常。

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2. 常用成员函数与操作符

bitset 提供了丰富的接口来操作和查询位状态:

  • count():返回值为1的位的数量(即二进制中1的个数)
  • size():返回总位数
  • test(i):检查第 i 位是否为1(越界会抛异常)
  • any():是否有任意一位为1
  • none():是否所有位都为0
  • set(i):将第 i 位置1;set() 全部置1
  • reset(i):将第 i 位置0;reset() 全部清零
  • flip(i):翻转第 i 位;flip() 翻转所有位
  • to_ulong():转换为 unsigned long
  • to_ullong():转换为 unsigned long long

支持常见的位运算操作符:&(与)、|(或)、^(异或)、~(非)、>>

3. 实际应用技巧与优化

使用 bitset 可以显著提升某些算法效率,尤其是在空间和时间敏感的场景中。

状态压缩示例:比如在动态规划中表示集合状态:

bitset visited;

可表示最多20个元素的子集,比布尔数组更省空间。

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快速计算汉明距离(两个数对应位不同的数量):

bitset diff = a ^ b;
int distance = diff.count();

比循环逐位判断快得多。

筛法优化:用 bitset 实现埃拉托斯特尼筛法,节省内存:

bitset is_prime;
is_prime.set(); // 先全部设为1
is_prime[0] = is_prime[1] = 0;
for (int i = 2; i * i   if (is_prime[i])
    for (int j = i * i; j       is_prime[j] = 0;

4. 注意事项与限制

bitset 的大小必须是编译时常量,不能动态改变。如果需要可变长度的位容器,应考虑 std::vector 或第三方库。

超出 to_ulong/to_ullong 范围的 bitset 会抛出 std::overflow_error

虽然 bitset 支持流输入输出:

cin >> b;
cout

但输入字符串长度必须等于 bitset 大小,且只含0/1字符。

基本上就这些。合理使用 bitset 能让代码更简洁、高效,特别是在涉及位操作和状态管理的问题中,是一个值得掌握的工具

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