「C/C++」C++11 之 std::bitset 二进制数据处理模板库

在这里插入图片描述

✨博客主页
何曾参静谧的博客
📌文章专栏
「C/C++」C/C++程序设计
📚全部专栏
「VS」Visual Studio	「C/C++」C/C++程序设计	「UG/NX」BlockUI集合
「Win」Windows程序设计	「DSA」数据结构与算法	「UG/NX」NX二次开发
「QT」QT5程序设计	「File」数据文件格式	「PK」Parasolid函数说明

- - std::bitset：C++中的位操作利器（支持C++11及以上版本）
  - - 一、`std::bitset`简介与支持版本
    - 二、`std::bitset`的基本特性
    - 三、`std::bitset`的构造与初始化
    - 四、`std::bitset`的常用操作
    - 五、`std::bitset`的应用场景
    - 六、总结

std::bitset：C++中的位操作利器（支持C++11及以上版本）

在C++编程中，处理二进制数据是一个常见且重要的任务。为了简化这一任务，C++11标准引入了std::bitset类模板，它允许程序员以固定大小的位集合形式来存储和操作二进制数据。本文将详细介绍std::bitset的用法，包括其支持的C++版本、基本特性、常用操作以及代码示例。

在这里插入图片描述

一、`std::bitset`简介与支持版本

std::bitset是C++标准库中的一个模板类，定义在<bitset>头文件中。它根据模板参数指定的位数来创建一个位集合，这个固定长度在创建对象时指定，并且不能在运行时更改。std::bitset提供了丰富的成员函数来访问和修改位集合中的位，以及进行位运算和集合运算。需要注意的是，std::bitset是在C++11标准中引入的，因此它支持C++11及更高版本的编译器。

二、`std::bitset`的基本特性

固定长度：std::bitset的长度在编译时确定，不能动态改变，这有助于防止溢出和错误。
类型安全：与直接使用整数进行位操作相比，std::bitset提供了类型安全的位操作，减少了出错的可能性。
易读性：std::bitset提供了将位集合转换为二进制字符串的功能，使得输出和调试更加直观。
丰富的成员函数：std::bitset提供了丰富的成员函数来访问、修改和操作位集合，使得编程更加便捷。

三、`std::bitset`的构造与初始化

std::bitset可以通过多种方式构造和初始化，包括无参构造、使用二进制整数初始化、使用二进制字符串初始化以及使用另一个std::bitset对象初始化。

代码示例：

#include <iostream>
#include <bitset>

int main() {
    // 无参构造，所有位初始化为0
    std::bitset<8> b1;
    std::cout << "b1: " << b1 << std::endl; // 输出：b1: 00000000

    // 使用二进制整数初始化（注意：这里使用的是十进制字面量，但二进制表示是0b10101010）
    std::bitset<8> b2(170); // 170的二进制表示是10101010
    std::cout << "b2: " << b2 << std::endl; // 输出：b2: 10101010

    // 使用二进制字符串初始化（注意：字符串中的字符只能是'0'或'1'）
    std::bitset<8> b3("1100"); // 字符串长度不足，高位补0
    std::cout << "b3: " << b3 << std::endl; // 输出：b3: 00001100

    // 使用另一个std::bitset对象初始化
    std::bitset<8> b4(b2);
    std::cout << "b4: " << b4 << std::endl; // 输出：b4: 10101010

    return 0;
}

PS：以下在for循环遍历的时候是从右边开始为下标0

#include <iostream>
#include <bitset>

int main() {
	std::bitset<8> b5 = 0b10101010;
	std::cout << "b5: " << b5 << std::endl; // 输出：b5: 10101010
	for(int i = 0; i < b5.size(); i++)// Ps:这是从右边开始为下标0
	{
		std::cout << b5[i] << std::endl;// 输出：b5: 01010101 
	}

    return 0;
}

四、`std::bitset`的常用操作

std::bitset提供了丰富的成员函数来访问和修改位集合中的位，以及进行位运算和集合运算。

代码示例：

#include <iostream>
#include <bitset>

int main() {
    std::bitset<8> b1(170); // 170的二进制表示是10101010

    // 访问位
    bool bit0 = b1[0]; // 访问第0位，返回false（0）
    bool bit4 = b1[4]; // 访问第4位，返回true（1）
    std::cout << "bit0: " << bit0 << ", bit4: " << bit4 << std::endl;

    // 修改位
    b1.set(1); // 将第1位设置为1
    b1.reset(4); // 将第4位重置为0
    std::cout << "After set(1) and reset(4): " << b1 << std::endl;

    // 取反位
    b1.flip(0); // 将第0位取反
    std::cout << "After flip(0): " << b1 << std::endl;

    // 位运算
    std::bitset<8> b2(85); // 85的二进制表示是01010101
    std::bitset<8> b3 = b1 & b2; // 按位与
    std::bitset<8> b4 = b1 | b2; // 按位或
    std::bitset<8> b5 = b1 ^ b2; // 按位异或
    std::bitset<8> b6 = ~b1; // 按位取反
    std::cout << "b3 (AND): " << b3 << std::endl;
    std::cout << "b4 (OR): " << b4 << std::endl;
    std::cout << "b5 (XOR): " << b5 << std::endl;
    std::cout << "b6 (NOT): " << b6 << std::endl;

    // 转换为无符号整数
    unsigned long num = b1.to_ulong();
    std::cout << "b1 to unsigned long: " << num << std::endl;

    // 统计置位（值为1）的位数
    std::size_t count = b1.count();
    std::cout << "Number of set bits in b1: " << count << std::endl;

    return 0;
}

五、`std::bitset`的应用场景

状态存储：使用std::bitset来存储程序的状态信息，如开关状态、标志位等。
权限控制：使用std::bitset来表示用户的权限信息，通过位运算来检查或修改权限。
位运算操作：在需要进行位运算的场景中，使用std::bitset可以简化代码并提高可读性。
数据压缩：在需要存储大量二进制数据的场景中，使用std::bitset可以节省存储空间并提高数据访问效率。

六、总结

std::bitset是C++11及更高版本中引入的一个非常有用的类模板，它提供了一种方便的方式来处理二进制数据，并提供了丰富的成员函数来访问和修改位集合中的位。通过合理使用std::bitset，程序员可以简化代码、提高可读性并优化性能。无论是在状态存储、权限控制还是位运算操作中，std::bitset都是一个不可或缺的工具。希望本文能够帮助读者更好地理解和使用std::bitset。

在这里插入图片描述