17.2.2. Операции с наборами битов

Операции с наборами битов (табл. 17.3) определяют различные способы проверки и установки одного или нескольких битов. Класс bitset поддерживает также побитовые операторы, которые рассматривались в разделе 4.8. Применительно к объектам bitset эти операторы имеют тот же смысл, что и таковые встроенные операторы для типа unsigned.

Таблица 17.3. Операции с наборами битов

b.any() Установлен ли в наборе b хоть какой-нибудь бит? b.all() Все ли биты набора b установлены? b.none() Нет ли в наборе b установленных битов? b.count() Количество установленных битов в наборе b b.size() Функция constexpr (см. раздел 2.4.4), возвращающая количество битов набора b b.test(pos) Возвращает значение true, если бит в позиции pos установлен, и значение false в противном случае b.set(pos, v) b.set() Устанавливает для бита в позиции pos логическое значение v. По умолчанию v имеет значение true. Без аргументов устанавливает все биты набора b b.reset(pos) b.reset() Сбрасывает бит в позиции pos или все биты набора b b.flip(pos) b.flip() Изменяет состояние бита в позиции pos или все биты набора b b[pos] Предоставляет доступ к биту набора b в позиции pos; если набор b константен и бит установлен, то b[pos] возвращает логическое значение true, а в противном случае — значение false b.to_ulong() b.to_ullong() Возвращает значение типа unsigned long или типа unsigned long long с теми же битами, что и в наборе b. Если битовая схема в наборе b не соответствует указанному типу результата, передается исключение overflow_error b.to_string(zero, one) Возвращает строку, представляющую битовую схему набора b. Параметры zero и one имеют по умолчанию значения '0' и '1'. Они используют для представления битов 0 и 1 в наборе b os << b Выводит в поток os биты набора b как символы '0' и '1' is >> b Читает символы из потока is в набор b. Чтение прекращается, когда следующий символ отличается от 1 или 0 либо когда прочитано b.size() битов

Некоторые из функций, count(), size(), all(), any() и none(), не получают аргументов и возвращают информацию о состоянии всего набора битов. Другие, set(), reset() и flip(), изменяют состояние набора битов. Функции-члены, изменяющие набор битов, допускают перегрузку. В любом случае версия функции без аргументов применяет соответствующую операцию ко всему набору, а версии функций, получающих позицию, применяют операцию к заданному биту:

bitset<32> bitvec(1U); // 32 бита; младший бит 1, остальные биты - 0

bool is_set = bitvec.any();      // true, установлен один бит

bool is_not_set = bitvec.none(); // false, установлен один бит

bool all_set = bitvec.all();     // false, только один бит установлен

size_t onBits = bitvec.count();  // возвращает 1

size_t sz = bitvec.size();       // возвращает 32

bitvec.flip();  // инвертирует значения всех битов в bitvec

bitvec.reset(); // сбрасывает все биты в 0

bitvec.set();   // устанавливает все биты в 1

Функция any() возвращает значение true, если один или несколько битов объекта класса bitset установлены, т.е. равны 1. Функция none(), наоборот, возвращает значение true, если все биты содержат нуль. Новый стандарт ввел функцию all(), возвращающую значение true, если все биты установлены. Функции count() и size() возвращают значение типа size_t (см. раздел 3.5.2), равное количеству установленных битов, или общее количество битов в объекте соответственно. Функция size() — constexpr, а значит, она применима там, где требуется константное выражение (см. раздел 2.4.4).

Функции flip(), set(), reset() и test() позволяют читать и записывать биты в заданную позицию:

bitvec.flip(0);   // инвертирует значение первого бита

bitvec.set(bitvec.size() - 1); // устанавливает последний бит

bitvec.set(0, 0); // сбрасывает первый бит

bitvec.reset(i);  // сбрасывает i-й бит

bitvec.test(0);   // возвращает false, поскольку первый бит сброшен

Оператор индексирования перегружается как константный. Константная версия возвращает логическое значение true, если бит по заданному индексу установлен, и значение false в противном случае. Неконстантная версия возвращает специальный тип, определенный классом bitset, позволяющий манипулировать битовым значением в позиции, заданной индексом:

bitvec[0] = 0;          // сбрасывает бит в позиции 0

bitvec[31] = bitvec[0]; // устанавливает последний бит в то же

                        // состояние, что и первый

bitvec[0].flip();       // инвертирует значение бита в позиции 0

~bitvec[0];             // эквивалентная операция; инвертирует бит

                        // в позиции 0

bool b = bitvec[0];     // преобразует значение bitvec[0] в тип bool

Возвращение значений из набора битов

Функции to_ulong() и to_ullong() возвращают значение, содержащее ту же битовую схему, что и объект класса bitset. Эти функции можно использовать, только если размер набора битов меньше или равен размеру типа unsigned long для функции to_ulong() и типа unsigned long long для функции to_ullong() соответственно:

unsigned long ulong = bitvec3.to_ulong();

cout << "ulong = " << ulong << endl;

Если значение в наборе битов не соответствует заданному типу, эти функции передают исключение overflow_error (см. раздел 5.6).

Операторы ввода-вывода типа bitset

Оператор ввода читает символы из входного потока во временный объект типа string. Чтение продолжается, пока не будет заполнен соответствующий набор битов, или пока не встретится символ, отличный от 1 или 0, или не встретится конец файла, или ошибка ввода. Затем этой временной строкой (см. раздел 17.2.1) инициализируется набор битов. Если прочитано меньше символов, чем насчитывает набор битов, старшие биты, как обычно, устанавливаются в 0.

Оператор вывода выводит битовую схему объекта bitset:

bitset<16> bits;

cin >> bits; // читать до 16 символов 1 или 0 из cin

cout << "bits: " << bits << endl; // вывести прочитанное

Использование наборов битов

Для иллюстрации применения наборов битов повторно реализуем код оценки из раздела 4.8, использовавший тип unsigned long для представления результатов контрольных вопросов (сдал/не сдал) для 30 учеников:

bool status;

// версия, использующая побитовые операторы

unsigned long quizA = 0; // это значение используется

                         // как коллекция битов

quizA |= 1UL << 27;      // отметить ученика номер 27 как сдавшего

status = quizA & (1UL << 27); // проверить оценку ученика номер 27

quizA &= ~(1UL << 27);        // ученик номер 27 не сдал

// эквивалентные действия с использованием набора битов

bitset<30> quizB;   // зарезервировать по одному биту на студента; все

                    // биты инициализированы 0

quizB.set(27);      // отметить ученика номер 27 как сдавшего

status = quizB[27]; // проверить оценку ученика номер 27

quizB.reset(27);    // ученик номер 27 не сдал

Упражнения раздела 17.2.2

Упражнение 17.10. Используя последовательность 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, инициализируйте набор битов, у которого установлена 1 в каждой позиции, соответствующей числу в этой последовательности. Инициализируйте по умолчанию другой набор битов и напишите небольшую программу для установки каждого из соответствующих битов.

Упражнение 17.11. Определите структуру данных, которая содержит целочисленный объект, позволяющий отследить (сдал/не сдал) ответы на контрольную из 10 вопросов. Какие изменения (если они вообще понадобятся) необходимо внести в структуру данных, если в контрольной станет 100 вопросов?

Упражнение 17.12. Используя структуру данных из предыдущего вопроса, напишите функцию, получающую номер вопроса и значение, означающее правильный/неправильный ответ, и изменяющую результаты контрольной соответственно.

Упражнение 17.13. Создайте целочисленный объект, содержащий правильные ответы (да/нет) на вопросы контрольной. Используйте его для создания оценок контрольных вопросов для структуры данных из предыдущих двух упражнений.

Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚

Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением

ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОК