C++ STL bitset

bitset este un container special din STL care permite lucrul cu șiruri de biți. Aceștia sunt memorați eficient, pentru un bit din șir folosindu-se un bit în memorie. Astfel, spațiul de memorie ocupat de un bitset cu M biți este mai mic decât un tablou bool V[M]; sau un vector cu elemente de tip bool, dar numărul de biți M din bitset trebuie să fie cunoscut în momentul compilării, deci trebuie să fie o contantă.

Pot fi folosiți de exemplu pe post de vectori caracteristici, dar suportă și operațiile pe biți cunoscute pentru tipurile întregi.

Declararea

Pentru a folosi containerul bitset trebuie inclus headerul bitset:

#include <bitset>

Declararea se face astfel:

const int M = 16;
bitset<M> B = 30;

Operații elementare

Afișarea

const int M = 16;
bitset<M> B = 30;
cout << B << endl;

Observații:

• M este constantă. Lipsa modificatorului const duce la o eroare de compilare.
• Când afișăm bitsetul, se afișează toți cei M biți.

Indexarea

Biții din bitset sunt indexați de la 0 și pot fi accesați prin operatorul []. Bitul cel mai nesemnificativ (cel mai din dreapta) este B[0], iar bitul cel mai semnificativ este B[M-1], unde M este dimensiunea bitsetului.

const int M = 16;
bitset<M> B = 30; // 0000000000011110
B[6] = 1;
cout << B;        // 0000000001011110

Compararea

Două containere bitset de aceeași dimensiune pot fi comparate cu operatorii == și !=.

Notă: operația != este eliminată în C++20.

Atribuirea

Putem să-i atribuim unui bitset valoarea unui întreg sau valoarea unui alt bitset. Prin atribuirea unui întreg, biții din bitsetul B devin identici cu biții din reprezentarea în memorie a valorii întregi care se atribuie:

const int M = 16;
bitset<M> B, A;
B = -30;
cout << B << endl; // 1111111111100010
B = 5;
cout << B << endl; // 0000000000000101
A = B;
cout << A << endl; // 0000000000000101

Manipularea biților

Numărarea bitilor setați, numărul total de biți

Pentru a afle câți biți din bitset sunt setați (au valoarea 1), folosim metoda count(). Pentru a determina numărul total de biți, folosim metoda size(). Numărul biților nesetați (cu valoarea 0), facem diferența celor două.

const int M = 16;
bitset<M> B = 63;
cout << B.count() << endl; // 6
cout << B.size() << endl; // 16

Determinarea valorii unui bit

Se face cu metoda test(k), unde k reprezintă numărul de ordine al bitului dorit (de la dreapta spre stânga, incepând de la 0), iar rezultatul este 1 sau 0.

const int M = 16;
bitset<M> B = 63;
cout << B << endl; // 0000000000111111
cout << B.test(5) << endl; // 1
cout << B.test(6) << endl; // 0

Set, reset, flip

Bitsetul oferă metode pentru:

• setarea unui bit precizat:
  • B.set(k) dă valoarea 1 pentru B[k]
  • B.set(k , r) dă valoarea r pentru B[k]
  • B.set() dă valoarea 1 pentru toți biții din B
• resetarea unui bit precizat:
  • B.reset(k) dă valoarea 0 pentru B[k]
  • B.reset() dă valoarea 0 pentru toți biții din B
• schimbarea valoare biților (din 1 devine 0, iar din 0 devine 1):
  • B.flip(k) schimbă valoarea lui B[k]
  • B.flip() schimbă valorile pentru toți biții din B

bitset<M> B;
B = 63;
cout << B << endl; // 0000000000111111
//bitii se numeroteaza de la dreapta, incepand cu 0
B.reset(5);
B.set(10);
B.set(9 , 1);
B.set(3 , 0);
B.flip(2);
cout << B << endl; // 0000011000010011
B.flip();
cout << B << endl; // 1111100111101100
B.set();
cout << B << endl; // 1111111111111111
B.reset();
cout << B << endl; // 0000000000000000

Operații pe biți

Operatii logice pe biți

Clasa bitset suportă operatorii logici pe biți (~, &, |, ^).

bitset<M> B, A;
B = -60; A = 5;
cout << "A     = " << A << endl;		// 0000000000000101
cout << "B     = " << B << endl;		// 1111111111000100
cout << "~B    = " << ~B << endl;		// 0000000000111011
cout << "A & B = " << (A & B) << endl;	// 0000000000000100
cout << "A | B = " << (A | B) << endl;	// 1111111111000101
cout << "A ^ B = " << (A ^ B) << endl;	// 1111111111000001

Operatorii de deplasare

Clasa bitset suportă operatorii de deplasare a biților (<<, >>).

bitset<M> B;
int n = 4;
B = 7;
cout << "B      = " << B << endl;				// 0000000000000111
cout << "B << n = " << (B << n) << endl;		// 0000000001110000

Atribuiri

Clasa bitset suportă atriburile scurte: &=, |=, ^=, precum și <<=, >>=.

Fie A , B două containere bitset de aceași dimensiune și n un întreg. Atunci:

• A &= B este echivalent cu A = A & B;
• A |= B este echivalent cu A = A | B;
• A ^= B este echivalent cu A = A ^ B;
• A <<= n este echivalent cu A = A << n;
• A >>= n este echivalent cu A = A >> n;

Conversii

Bitset-ul poate fi convertit la

• string – to_string
  • B.to_string() – returnează un string conținând reprezentarea binară a lui B, formată formată din caractere 0 și 1;
  • B.to_string(c0) – returnează un string conținând reprezentarea binară a lui B, caracterele 0 fiind înlocuite cu caracterul c0;
  • B.to_string(c0 , c1) – returnează un string conținând reprezentarea binară a lui B, caracterele 0 și 1 fiind înlocuite cu caracterul c0, respectiv c1;
• întreg fără semn- to_ulong(), to_uulong()
  • B.to_ulong() – retunează un întreg fără semn pe 32 de biți (unsingned int, unsigned long) cu reprezentarea binară echivalentă cu configurația bitsetului B;
  • B.to_uulong() – retunează un întreg fără semn pe 64 de biți (unsigned long long) cu reprezentarea binară echivalentă cu configurația bitsetului B;
  • dacă valoarea întreagă corespunzătoare bitsetului nu poate fi reprezentată pe 32, respectiv 64 de biți, se va ridica o excepție de tip overflow_error.

Standard Template Library – STL