使用 String 实现 C++ Bitset

在 C++ 中，Bitset 是一个存储位值的容器类。使用 bitset 可以方便地操作二进制位，进行位运算等操作。然而，在某些情况下，由于 bitset 大小的限制，我们可能需要使用其它方式来操作二进制位。本文介绍如何使用 String 来实现 C++ Bitset。

Bitset 存在的问题

C++11 标准中规定，bitset 的最大大小为 2^32 - 1 位，即一个 32 位的 unsigned int 能够存储的大小。如果要存储更大的位数，则需要使用多个 bitset 进行拼接或使用其它方式。

使用 String 代替 Bitset

使用 String 来实现 Bitset 的主要思路是将每一个二进制位作为 String 对象的一个字符。比如，如果要存储 1010，那么对应的 String 对象就是 "1010"。

什么是 String？

在 C++ 中，String 是一个表示字符序列的类。String 类提供了很多操作，比如字符串的拼接、查找、替换、转换等。

如何使用 String 实现 Bitset？

我们可以定义一个 String 对象 bits，用来表示二进制位串。每个二进制位使用一个字符来表示，'0' 表示 0，'1' 表示 1。例如，"1010" 表示二进制位串 0b1010。

为了方便使用，我们可以封装一个类，提供位运算等操作。下面是一个示例代码：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>

class Bitset
{
public:
    Bitset(size_t size = 0)
    {
        size_ = size;
        bits_.resize(size_, '0');
    }

    void set(size_t pos, bool value = true)
    {
        if (pos >= size_)
        {
            bits_.resize(pos + 1, '0');
            size_ = pos + 1;
        }
        bits_[pos] = value ? '1' : '0';
    }

    bool operator[](size_t pos) const
    {
        if (pos >= size_)
        {
            return false;
        }
        return bits_[pos] == '1';
    }

    Bitset operator&(const Bitset& other) const
    {
        Bitset result(std::max(size_, other.size_));
        for (size_t i = 0; i < result.size_; i++)
        {
            result.set(i, operator[](i) & other[i]);
        }
        return result;
    }

    Bitset operator|(const Bitset& other) const
    {
        Bitset result(std::max(size_, other.size_));
        for (size_t i = 0; i < result.size_; i++)
        {
            result.set(i, operator[](i) | other[i]);
        }
        return result;
    }

    Bitset operator^(const Bitset& other) const
    {
        Bitset result(std::max(size_, other.size_));
        for (size_t i = 0; i < result.size_; i++)
        {
            result.set(i, operator[](i) ^ other[i]);
        }
        return result;
    }

    Bitset operator~() const
    {
        Bitset result(size_);
        for (size_t i = 0; i < size_; i++)
        {
            result.set(i, !operator[](i));
        }
        return result;
    }

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Bitset& bs)
    {
        os << bs.bits_;
        return os;
    }

    size_t size() const
    {
        return size_;
    }

private:
    std::string bits_;
    size_t size_;
};

int main()
{
    Bitset bs1(4);
    bs1.set(0, true);
    bs1.set(2, true);
    std::cout << "bs1: " << bs1 << std::endl;

    Bitset bs2(4);
    bs2.set(1, true);
    bs2.set(2, true);
    std::cout << "bs2: " << bs2 << std::endl;

    Bitset bs3 = bs1 & bs2;
    std::cout << "bs1 & bs2: " << bs3 << std::endl;

    Bitset bs4 = bs1 | bs2;
    std::cout << "bs1 | bs2: " << bs4 << std::endl;

    Bitset bs5 = bs1 ^ bs2;
    std::cout << "bs1 ^ bs2: " << bs5 << std::endl;

    Bitset bs6 = ~bs1;
    std::cout << "~bs1: " << bs6 << std::endl;

    return 0;
}

总结

本文介绍了使用 String 实现 Bitset 的方法，主要是在 String 中存储二进制位串，借助 String 类提供的操作来实现位运算等功能。这种方法可以避免 bitset 的大小限制，但同时也可能会带来一些性能上的问题。需要根据实际需求选择合适的容器。