c++ bitset用法详解_c++二进制位操作容器

bitset是编译期固定大小的位数组，适用于位标记、开关集合、布尔状态压缩等场景，如灯泡状态记录、布隆过滤器、图算法邻接标记；不可用于动态位数需求。

bitset 是什么，什么时候该用它

bitset 不是动态容器，而是一个编译期确定大小的固定位数组。它适合做「位标记」「开关集合」「布尔状态压缩」这类场景，比如记录 100 个灯泡的亮灭、实现简单布隆过滤器、加速图算法中的邻接标记。别拿它当 vector 的替代品——后者是代理迭代器封装，bitset 才是真正按位存储、支持整数转换和位运算的原生工具。

构造与初始化的常见写法和陷阱

构造时必须指定模板参数 N（位数），且 N 必须是编译期常量。不能写 bitset（n 是变量）；也不能用运行时值直接初始化所有位——除非转成字符串或整数。

• bitset b1;：所有位默认为 0
• bitset b2(42);：用无符号长整型初始化，等价于二进制 00101010
• bitset b3("1010");：字符串从右往左填充（低位在右），实际存为 00001010
• bitset b4(String("1100")); ：同上，但注意 string 构造要求字符只能是 '0' 或 '1'，否则抛 std::invalid_argument

错误示例：

int n = 16; bitset b; // ❌ 编译失败：n 非常量表达式

常用操作函数和位运算符的区别

bitset 重载了全部位运算符（&、|、^、、>>），行为和内置整数一致；但要注意：所有运算返回新 bitset，不修改原对象（除非用复合赋值如 |=）。同时提供成员函数做更精细控制：

• b.set()：全置 1；b.set(i)：置第 i 位（从 0 开始，高位在左）
• b.reset()：全置 0；b.reset(i)：清第 i 位
• b.flip()：全部翻转；b.flip(i)：翻转第 i 位
• b.test(i)：返回 bool，检查第 i 位是否为 1（越界会抛 std::out_of_range）
• b.count()：返回 1 的个数（内部通常用 CPU 指令如 popcnt 实现，很快）
• b.to_ulong() / b.to_ullong()：转为整数（若位数超范围则抛异常）

注意：b[i] 返回的是 bitset::reference，可读可写，但不能取地址或绑定到 bool& —— 这是代理类的典型限制。

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性能和跨平台兼容性要点

bitset 内部通常按 unsigned long 数组实现，对齐和存储密度由标准库决定。它的优势在于：编译器能将多次位操作合并为单条指令，count() 和 any()/none() 常被优化为内建函数。但要注意：

• 大小超过 sizeof(unsigned long) * CHAR_BIT * N 时，内存布局不可移植（不过你本来也不该依赖这个）
• 不同平台下 to_ulong() 的最大安全位宽不同（例如 32 位系统可能只支持 ≤32 位），建议优先用 to_string() 或分段处理
• 不要对大 bitset 做频繁拷贝——它不是轻量对象，构造/赋值有开销

真正容易被忽略的是：当你需要“动态位数”时，bitset 完全不适用。这时候得切到 vector + 手动位索引，或者用 boost::dynamic_bitset。