bitset模板类

 

template<size_t N>  class bitset;
   bitset是类模板，其模板参数N必须是常量表达式（能够在编译时计算出其值），表示bitset类对象的长度（位的个数）。bitset对象用来作为位容器，方便对位的操作，其元素为位。bitset对象元素的位置编号从 0 到 N - 1，对应着位串从低位到高位。

bitset类对象的构造
它有三个构造函数：
 bitset();     初始化所有位都为0    
 bitset(unsigned long val); 用unsigned long初始化bitset对象，初始化bitset对象为val的位模式。
       如果bitset对象的长度小于val的位数，那么val中多余的高位被丢弃；
       如果bitset对象的长度大于val的位数，那么bitset对象的高位将被置为0。    
 explicit bitset(const string& str, size_t pos = 0, size_t n = -1);
   用string对象中从pos下标开始的n个字符来初始化bitset对象（这些字符必须是0或者1）。如果str.size() < pos，那么将抛出out_of_range异常。如果指定的字符序列[pos, pos + n)中有非0、1字符，那么将抛出invalid_argument异常。如果n > str.size() - pos，就只使用str.size() - pos位来初始化bitset对象。如果指定的字符序列中字符个数比bitset对象位数要多，则只使用前面的字符。

  初始化规则：[pos, pos + n)序列中最后一个字符对应着bitset对象的低位（第一位），而第一个字符对应着高位。（这点符合我们看待字符串形式的位串的方式：左边是高位，右边是低位）
举例：
bitset<16> bs1;                   // bs1有16位，并全部初始化为0
bitset<16> bs2(0xFFFF);           // bs2有16位，并全部初始化为1
bitset<32> bs3(0xFFFF);           // bs3有32位，低16位(0-15)为1，高16位(16-31)为0
bitset<8>  bs4(0xFFFF);           // bs4有8位，并全部初始化为1
string test("111110000011");
bitset<8> bs5(test);              // bs5有8位，只使用test串的前八个字符"11111000"来初始化
                                  //   所以0-7位为：0001 1111（注意与源串反向）
bitset<8> bs6(test, 4, 3);        // bs6有8位，并且用"100"来初始化，所以0-7位为：0010 0000
bool any() const;                 // 如果容器内有任意位被置为1，则返回true；否则返回false。
bool none() const;                // 如果容器内没有位被置为1，则返回true；否则返回false。
bool test(size_t pos, bool val = true);   // 测试位置pos处的位是否为val（默认测试是否为1）
                                         // 如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range
bool at(size_type pos) const;     // 返回指定位；如果pos无效，那么将抛出异常out_of_range。
reference at(size_type pos);
bool operator[](size_type pos) const;
reference operator(size_type pos);

static const size_t bitset_size = N; //容器内的位个数N
size_t size() const;              // 返回容器内的位个数N
size_t count() const;             // 返回被置为1的位的个数
bitset<N>& flip();                // 将容器内所有位全部取反
bitset<N> operator~();            // 返回this->flip();
bitset<N>& flip(size_t pos);      // 将位置pos处的位取反；如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range。
bitset<N>& reset();               // 将容器内所有位重置为0
bitset<N>& reset(size_t pos);     // 将位置pos处的位置为0；如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range
bitset<N>& set();                 // 将容器内所有位重置为1
bitset<N>& set(size_t pos, bool val = true); // 将位置pos处的位置为val（默认为1)；
                                             // 如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range
unsigned  long to_ulong() const;   // 返回对应的unsigned long值；如果溢出，则抛出overflow_error
string to_string() const;         // 把bitset对象转换成string对象，其规则是：字符串的第一字符对应容器中最后一位。        
bool operator ==(const bitset<N>& rhs) const;   // 如果两容器的位序列完全相等，则返回true；否则返回false.
bool operator !=(const bitset<N>& rhs) const;   // 如果两容器的位序列不完全相等，则返回true；否则返回false。
bitset<N>& operator&=(const bitset<N>& rhs);    // 位串进行“与”运算
bitset<N>& operator|=(const bitset<N>& rhs);    // “或”运算
bitset<N>& operator^=(const bitset<N>& rhs);
bitset<N>& operator<<=(size_t pos);          // 逻辑左移pos位（向高位方向移动）
bitset<N>& operator>>=(size_t pos);          // 逻辑右移pos位（向低位方向移动）
bitset<N> operator<<(size_t pos) const;      // 返回 bitset<N>(*this) <<= pos.
bitset<N> operator>>(size_t pos) const;      // 返回 bitset<N>(*this) >>= pos.

非成员函数
ostream& operator<<(ostream& os, const bitset<N>& x);
   相当于调用return os<<x.to_string();
istream& operator>>(istream& is, bitset<N>& x);
   相当于调用: string str; is>>str; x = bitset<N>(str); return  is;
     
 其中，当从输入流is提取的字符个数已经有N个时，提取结束；当遇到文件尾时，提取结束；当is中当前字符不是0也不是1时，提取结束。
 如果没有提取到任何字符就结束了（此时x不变），那么将调用is.setstate(ios_base::failbit)。
bitset<N> operator&(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) &= rhs.
bitset<N> operator|(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) |= rhs.
bitset<N> operator^(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) ^= rhs.
 
另外， bitset中的reference定义如下：
class reference {
public:
    reference& operator=(bool b};
    reference& operator=(const reference& x);
    bool operator~() const;
    operator bool() const;
    reference& flip();
};
其使用举例如下：
bitset<8> bs(string("111110000011"));
bs[2] = 0;           // 此时bs[0]-bs[7]为00011011
bool b = ~x[2];      // b == 1, bs不变
x[2].flip();         // bs改变：bs[0]-bs[7]为00011111
应用示例

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <bitset>

using namespace std;

int main()
{
    bitset<16> bs1; // bs1有16位，并全部初始化为0

    assert(bs1.none());
    bitset<16> bs2(0xFFFF); // bs2有16位，并全部初始化为1

    assert(bs2.count() == 16);
    bitset<32> bs3(0xFFFF); // bs3有32位，低16位(0-15)为1，高16位(16-31)为0

    assert(bs3.to_ulong() == 0xFFFF);
    bitset<8> bs4(0xFFFF); // bs4有8位，并全部初始化为1

    assert(bs4.count() == 8);
    string test("111110000011");
    bitset<8> bs5(test); // bs5有8位，并且只使用test串的前八个字符"11111000"来初始化，
                        // 所以0-7位为：0001 1111（注意与源串反向）

    assert(bs5.to_ulong() == 0xF8);
    bitset<8> bs6(test, 4, 3); // bs6有8位，并且用"100"来初始化，所以0-7位为：0010 0000

    assert(bs6.to_ulong() == 0x04);
    
    assert((bs5 & bs6) == bitset<8>());
    assert((bs5 | bs6) == bitset<8>(string("11111100")));
    assert((bs5 ^ bs6) == bitset<8>(string("11111100")));
    
    bs5[1] = 1; // 此时bs[0]-bs[7]为01011111

    assert(bs5.to_ulong() == 0xFA);
    bool b = ~bs5[1]; // b == 0, bs不变

    assert(!b);
    assert(bs5.to_ulong() == 0xFA);
    bs5[1].flip(); // bs改变：bs[0]-bs[7]为00011111

    assert(bs5.to_ulong() == 0xF8);
    
    assert((bs5 << 4) == bitset<8>(string("10000000")));
    bitset<8> bs7(bs5);
    bs7 >>= 4;
    assert(bs7 == bitset<8>(string("00001111")));    
    
    bitset<16> bs8;
    cout<<"Before input: "<<bs8<<endl;
    cout<<"Please input: "<<endl;
    cin>>bs8;
    cout<<"After input: "<<bs8<<endl;

    cout<<"OK! All tests passed."<<endl;
    
    return 0;
}