C++中bitset位图介绍及模拟实现
作者：清扰077
位图介绍
一、位图的引入
先来看下边一道面试题：
给40亿个不重复的无符号整数，没排过序。给一个无符号整数，如何快速判断一个数是否在这40亿个数中。
经过我们之前的学习，我们可能会有以下的思路：
- 对这些数进行排序，再通过二分算法，查找这个数是否存在
- 插入到unordered_set中，使用find函数查找是否存在
上述方法看起来还不错，二分查找算法时间复杂度为logN,而插入到unordered_set中时间复杂度为O(N),而查找时时间复杂度为O(1)，但是都有一个问题就是要将空间不足，40亿个无符号整形，需要160亿字节的空间，大概就是16GB的空间，一般计算机的内促都是4G或者8G，所以空间不足，此时就有了位图的方法来解决：
数据是否在给定的整形数据中，结果是在或者不在，刚好是两种状态，那么可以使用一个二进制比特位来代表数据是否存在的信息，如果二进制比特位为1，代表存在，为0代表不存在。比如：
对于上图来说，有一个整形数组，我们可以使用直接定址法对数组的数据进行映射，但是与之前不同的是，此时只是使用一个比特位来代表一个整形数据，当这个数存在时，比特位置1，不存在时，比特位置0,此时就可以大大节省空间资源，无符号整数只有2的32次方个，所以最多开2的32次方个空间，一个空间为一个比特，所以最终只需要512MB的空间。但是我们不能按照位来空间，最少必须一个字节，所以我们就每次开一个字节的空间，也就是8个比特位，将8位当做一个整体来处理，对要保存的数据除8就是第几个字节，对保存的数据模8就是在这个字节中的第几个位置。
二、位图的概念
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。
那么位图还有哪些应用呢？
- 快速查找某个数据是否在一个集合中
- 排序 + 去重
- 求两个集合的交集、并集等
- 操作系统中磁盘块标记
位图模拟实现
一、构造函数
由于不能按位开空间，所以我们选择每次开一个字节的空间，由于有范围最大为N，一位关联一个数据，所以需要开N/8个字节的空间，但是有时可能不能整除，所以要开N/8+1个字节的空间。所以
直接在构造函数中开好空间：
bitset()
{
_bits.resize(N / 8 + 1,0);
}二、set，reset，test函数
set函数的作用是对位图中的某一位进行填充
i就表示是第几个字节，而j表示该位在该字节中的第几位，所以对1进行左移j位后与该字节按位或，按位或的作用时不论该位为0还是为1，都将该位变为1.
void set(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
_bits[i] |= (1 << j);
}reset的作用是将某一位清空
同样的将要清空的那一位置为0，进行按位与，不论原本该位是0还是1，都将该位置0
void reset(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
_bits[i] &= ~(1 << j);
}test的作用是检测位图中某一位是否存在
bool test(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
return _bits[i] & (1 << j);
}三、代码测试
void test_bit_set1()
{
bitset<100> bs1;
bs1.set(8);
bs1.set(9);
bs1.set(20);
cout << bs1.test(8) << endl;
cout << bs1.test(9) << endl;
cout << bs1.test(20) << endl;
bs1.reset(8);
bs1.reset(9);
bs1.reset(20);
cout << bs1.test(8) << endl;
cout << bs1.test(9) << endl;
cout << bs1.test(20) << endl;
}
四、完整代码
namespace tmt
{
template<size_t N>
class bitset
{
public:
bitset()
{
_bits.resize(N / 8 + 1,0);
}
void set(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
_bits[i] |= (1 << j);
}
void reset(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
_bits[i] &= ~(1 << j);
}
bool test(size_t x)
{
int i = x / 8;
int j = x % 8;
return _bits[i] & (1 << j);
}
private:
vector<char> _bits;
};
void test_bit_set1()
{
bitset<100> bs1;
bs1.set(8);
bs1.set(9);
bs1.set(20);
cout << bs1.test(8) << endl;
cout << bs1.test(9) << endl;
cout << bs1.test(20) << endl;
bs1.reset(8);
bs1.reset(9);
bs1.reset(20);
cout << bs1.test(8) << endl;
cout << bs1.test(9) << endl;
cout << bs1.test(20) << endl;
}到此这篇关于C++中bitset位图介绍及模拟实现的文章就介绍到这了,更多相关C++ bitset位图内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！