C++进阶第二十三篇——位图（概念+实现）

Posted 2022-03-17 呆呆兽学编程

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++进阶第二十三篇——位图（概念+实现）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

⭐️这篇博客要给大家介绍一个新的数据结构——位图。位图听上去就是和比特位相关联，它有什么作用呢，下面为大家介绍。
⭐️博客代码已上传至gitee：https://gitee.com/byte-binxin/cpp-class-code

🌏概念

位图： 所谓位图，就是用每一位来存放某种状态，适用于海量数据，数据无重复的场景。通常是用来判断某个数据存不存在的。

适用场景： 如果我们需要对大量的数据进行处理，判断该数据在不在，比如40亿个整形数据，如果我们用unordered_set来存放这些数据，大约需要占用16G的内存，显然这是不妥的，如果我们选择用一个数据结构，该数据结构可以存放40亿个数据在不在的状态，也就是开42亿个比特位大小的空间（整形数据总共是约42亿个），约500M，这样就可以将数据存下去了。

如下图： （其中1代表在，0代表不在，所以1，2，5，7这几个元素是在的）

🌏实现

🌲整体框架

我们选择用一个vector来存放数据，还有一个成员变量就是代表开了多大比特位的空间。在构造函数中，根据用户传入的多大字节，代表可以记录0到_bitCount这些数的状态，其中我们把bitCount除以32再加1，判断多少个整形可以有这么多字节的空间，但是会浪费几个比特位，这些空间都是可以忽略的。

class bitset

public:
	bitset(size_t bitCount)
			:_bitCount(bitCount)
	
		_bitset.resize(bitCount / 32 + 1);
	
private:
	vector<int> _bitset;
	int _bitCount;// 开num比特位的空间
;

🌲把某一位设置为1

分为两步：

找到x所处在的那一位： 先确定这个数应该处在第几个整数，也就是index=x/32;然后通过把x对32取模，得到x在第index个整形的第pos个位置
把改为设置为1： 把1左右pos位，然后得到00…010…00，用这个数和第index整数进行按位或的操作

代码实现如下：

// 每个字节用0和1记录某个数字存在状态
// 把x所在的数据在位图的那一位变成1
void set(int x)

	if (x > _bitCount) return;

	int index = x / 32;// x是第index个整数
	int pos = x % 32;// x是滴index个整数的第pos个位

	_bitset[index] |= (1 << pos);

🌲把某一位设置为0

分为两步：

找到那一位： 和上面的方法一样
把这位设置为0： 把1左右pos位，然后得到00…010…00，把这个数取反，然后和第index个整数进行按位与的操作

代码实现如下：

// 把x所在的数据在位图的那一位变成0
void reset(int x)

	if (x > _bitCount) return;

	int index = x / 32;// x是第index个整数
	int pos = x % 32;// x是滴index个整数的第pos个位

	_bitset[index] &= ~(1 << pos);

🌲判断某一位是否为1

分为两步：

找到那一位： 和上面的方法一样
把这位设置为0： 把1左右pos位，然后得到00…010…00，然后返回这个数和第index个整数进行位与的的结果

代码实现如下：

// 判断x是否存在
bool test(int x)

	if (x > _bitCount) return false;

	int index = x / 32;// x是第index个整数
	int pos = x % 32;// x是滴index个整数的第pos个位

	return _bitset[index] & (1 << pos);

🌲测试

测试代码如下：

void TesstBitset1()

	bitset bs(100);

	bs.set(99);
	bs.set(0);
	bs.set(98);
	bs.set(55);
	bs.set(75);
	bs.set(35);

;
	bs.reset(99);
	bs.reset(87);

	for (size_t i = 0; i <= 100; ++i)
	
		cout << i << ":" << bs.test(i) << " ";
		if (i != 0 && i % 10 == 0)
			cout << endl;