4.12. Класс bitset

4.12. Класс bitset

Операция

Значение

Использование

test(pos)

Бит pos равен 1?

a.test(4)

any()

Хотя бы один бит равен 1?

a.any()

none()

Ни один бит не равен 1?

a.none()

count()

Количество битов, равных 1

a.count()

size()

Общее количество битов

a.size()

[pos]

Доступ к биту pos

a[4]

flip()

Изменить значения всех

a.flip()

flip(pos)

Изменить значение бита pos a.fli

p(4)

set()

Выставить все биты в 1

a.set()

set(pos)

Выставить бит pos в 1 a.se

t(4)

reset()

Выставить все биты в 0

a.reset()

reset(pos)

Выставить бит pos в 0 a.rese

t(4)

Как мы уже говорили, необходимость создавать сложные выражения для манипуляции битовыми векторами затрудняет использование встроенных типов данных. Класс bitset упрощает работу с битовым вектором. Вот какое выражение нам приходилось писать в предыдущем разделе для того, чтобы “взвести” 27-й бит:

quiz1 |= 127;

При использовании bitset то же самое мы можем сделать двумя способами:

quiz1[27] = 1;

или

quiz1.set(27);

(В нашем примере мы не используем нулевой бит, чтобы сохранить “естественную” нумерацию. На самом деле, нумерация битов начинается с 0.)

Для использования класса bitset необходимо включить заголовочный файл:

#include bitset

Объект типа bitset может быть объявлен тремя способами. В определении по умолчанию мы просто указываем размер битового вектора:

bitset32 bitvec;

Это определение задает объект bitset, содержащий 32 бита с номерами от 0 до 31. Все биты инициализируются нулем. С помощью функции any() можно проверить, есть ли в векторе единичные биты. Эта функция возвращает true, если хотя бы один бит отличен от нуля. Например:

bool is_set = bitvec.any();

Переменная is_set получит значение false, так как объект bitset по умолчанию инициализируется нулями. Парная функция none() возвращает true, если все биты равны нулю:

sbool is_not_set = bitvec.none();

Изменить значение отдельного бита можно двумя способами: воспользовавшись функциями set() и reset() или индексом. Так, следующий цикл выставляет в 1 каждый четный бит:

for ( int index=0; index32; ++index )

if ( index % 2 == 0 )

bitvec[ index ] = 1;

Аналогично существует два способа проверки значений каждого бита – с помощью функции test() и с помощью индекса. Функция () возвращает true, если соответствующий бит равен 1, и false в противном случае. Например:

if ( bitvec.test( 0 ))

// присваивание bitvec[0]=1 сработало!;

Значения битов с помощью индекса проверяются таким образом:

cout "bitvec: включенные биты: ";

for ( int index = 0; index 32; ++-index )

if ( bitvec[ index ] )

cout index " ";

cout endl;

Следующая пара операторов демонстрирует сброс первого бита двумя способами:

bitvec.reset(0);

bitvec[0] = 0;

Функции set() и reset() могут применяться ко всему битовому вектору в целом. В этом случае они должны быть вызваны без параметра. Например:

// сброс всех битов

bitvec.reset();

if (bitvec.none() != true)

// что-то не сработало

// установить в 1 все биты вектора bitvec

if ( bitvec.any() != true )

// что-то опять не сработало

Функция flip() меняет значение отдельного бита или всего битового вектора:

bitvec.f1ip( 0 ); // меняет значение первого бита

bitvec[0].flip(); // тоже меняет значение первого бита

bitvec.flip(); // меняет значения всех битов

Существуют еще два способа определить объект типа bitset. Оба они дают возможность проинициализировать объект определенным набором нулей и единиц. Первый способ – явно задать целое беззнаковое число как аргумент конструктору. Начальные N позиций битового вектора получат значения соответствующих двоичных разрядов аргумента. Например:

bitset 32 bitvec2( Oxffff );

инициализирует bitvec2 следующим набором значений:

00000000000000001111111111111111

В результате определения

bitset 32 bitvec3( 012 );

у bitvec3 окажутся ненулевыми биты на местах 1 и 3:

00000000000000000000000000001010

В качестве аргумента конструктору может быть передано и строковое значение, состоящее из нулей и единиц. Например, следующее определение инициализирует bitvec4 тем же набором значений, что и bitvec3:

// эквивалентно bitvec3

string bitva1( "1010" );

bitset 32 bitvec4( bitval );

Можно также указать диапазон символов строки, выступающих как начальные значения для битового вектора. Например:

// подстрока с шестой позиции длиной 4: 1010

string bitval ( "1111110101100011010101" );

bitset 32 bitvec5( bitval, 6, 4 );

Мы получаем то же значение, что и для bitvec3 и bitvec4. Если опустить третий параметр, подстрока берется до конца исходной строки:

// подстрока с шестой позиции до конца строки: 1010101

string bitva1( "1111110101100011010101" );

bitset 32 bitvec6( bitval, 6 );

Класс bitset предоставляет две функции-члена для преобразования объекта bitset в другой тип. Для трансформации в строку, состоящую из символов нулей и единиц, служит функция to_string():

string bitva1( bitvec3.to_string() );

Вторая функция, to_long(), преобразует битовый вектор в его целочисленное представление в виде unsigned long, если, конечно, оно помещается в unsigned long. Это видоизменение особенно полезно, если мы хотим передать битовый вектор функции на С или С++, не пользующейся стандартной библиотекой.

К объектам типа bitset можно применять побитовые операции. Например:

bitset32 bitvec7 = bitvec2 bitvec3;

Объект bitvec7 инициализируется результатом побитового И двух битовых векторов bitvec2 и bitvec3.

bitset32 bitvec8 = bitvec2 | bitvec3;

Здесь bitvec8 инициализируется результатом побитового ИЛИ векторов bitvec2 и bitvec3. Точно так же поддерживаются и составные операции присваивания и сдвига.

Упражнение 4.15

Допущены ли ошибки в приведенных определениях битовых векторов?

(a) bitset64 bitvec(32);

(b) bitset32 bv( 1010101 );

(c) string bstr; cin bstr; bitset8bv( bstr );

(d) bitset32 bv; bitset16 bvl6( bv );

Упражнение 4.16

Допущены ли ошибки в следующих операциях с битовыми векторами?

extern void bitstring(const char*);

bool bit_on (unsigned long, int);

bitset32 bitvec;

(a) bitsting( bitvec.to_string().c_str() );

(b) if ( bit_on( bitvec.to_1ong(), 64 )) ...

(c) bitvec.f1ip( bitvec.count() );

Упражнение 4.17

Дана последовательность: 1,2,3,5,8,13,21. Каким образом можно инициализировать объект bitset32 для ее представления? Как присвоить значения для представления этой последовательности пустому битовому вектору? Напишите вариант инициализации и вариант с присваиванием значения каждому биту.