C++学习第二十七课：STL中的位标志（Bitset）使用指南

在C++标准模板库（STL）中，std::bitset是一个固定大小的位集合，它提供了一种紧凑且方便的方式来存储和操作二进制位。本课将详细介绍std::bitset的使用方法，并通过示例代码展示其在不同场景下的应用。

1. `std::bitset`概述

std::bitset是一个模板类，它根据模板参数指定的位数来创建一个位集合。

示例代码

#include <bitset>int main() {std::bitset<8> b; // 创建一个有8位的bitsetb.set(); // 将所有位设置为1return 0;
}

2. 初始化`std::bitset`

std::bitset可以通过多种方式初始化，包括直接初始化、拷贝初始化和使用位模式初始化。

示例代码

std::bitset<8> b1(0xFF); // 使用整数初始化
std::bitset<8> b2 = b1; // 拷贝初始化
std::bitset<8> b3{1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0}; // 使用花括号初始化

3. 访问和修改位

std::bitset提供了多种方法来访问和修改单独的位。

示例代码

b.flip(); // 翻转所有位
b.set(2); // 将第3位设置为1
b.reset(2); // 将第3位重置为0
b.flip(2); // 翻转第3位

4. 位操作

std::bitset支持位运算，包括AND、OR、XOR和NOT。

示例代码

std::bitset<8> b1(0xFF);
std::bitset<8> b2(0x00);
std::bitset<8> b3 = b1 & b2; // AND操作

5. 遍历`std::bitset`

可以使用迭代器或循环来遍历std::bitset中的所有位。

示例代码

for (bool bit : b) {std::cout << bit;
}

6. `std::bitset`的大小和容量

std::bitset的大小由模板参数决定，并且提供了容量查询的方法。

示例代码

std::size_t size = b.size(); // 获取bitset的大小

6. `std::bitset`的非成员函数

STL提供了一些非成员函数，如operator<<和operator>>，用于与std::bitset交互。

示例代码

std::cin >> b; // 从标准输入读取bitset
std::cout << b << std::endl; // 输出bitset到标准输出

7. `std::bitset`的实际应用

通过实际案例展示std::bitset在项目中的应用，如状态存储、权限控制等。

示例代码

std::bitset<5> permissions; // 存储文件权限
permissions.set(2); // 设置可写权限

在C++ STL中，除了位集合（std::bitset）之外，还有一些其他的组件和概念对于理解和掌握STL至关重要。

8. 正则表达式 (`std::regex`)

正则表达式是一种用于字符串搜索和操作的强大工具，C++11标准引入了正则表达式库。

示例代码

#include <regex>
#include <string>bool isMatch(const std::string& text, const std::regex& pattern) {return std::regex_match(text, pattern);
}

9. 流迭代器 (`std::istream_iterator` 和 `std::ostream_iterator`)

流迭代器允许你直接从流中读取或写入数据，而不需要逐个元素地处理。

示例代码

#include <iterator>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::copy(vec.begin(), vec.end(), std::ostream_iterator<int>(std::cout, " "));return 0;
}

10. 配对和元组 (`std::pair` 和 `std::tuple`)

std::pair 和 std::tuple 提供了一种存储固定数量元素组的方法。

示例代码

#include <utility>int main() {std::pair<int, std::string> p(1, "one");std::tuple<int, double, char> t(1, 2.5, 'A');return 0;
}

11. 函数对象和仿函数 (`std::function` 和 `std::bind`)

函数对象是重载了函数调用运算符的类的实例。std::function是一个通用的多态函数封装器。

示例代码

#include <functional>
#include <algorithm>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};auto is_even = [](int i) { return i % 2 == 0; };auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), is_even);if (it != vec.end()) {std::cout << "Found even number: " << *it << std::endl;}return 0;
}

12. 右值引用和移动语义

C++11引入了右值引用和移动语义，它们提供了对资源管理的更精细控制。

示例代码

#include <utility>template<typename T>
class Resource {
public:Resource(T t) : data(std::move(t)) {}// ...
private:T data;
};

13. 变长模板（Variadic Templates）

变长模板允许模板定义接受任意数量的模板参数。

示例代码

template<typename... Args>
void printAll(Args... args) {(std::cout << ... << args) << std::endl;
}

14. 并发编程支持

C++标准库提供了并发编程的支持，包括线程库、原子操作、锁等。

示例代码

#include <thread>
#include <vector>void doWork(int n) {// Do some work
}int main() {std::vector<std::thread> threads;for (int i = 0; i < 10; ++i) {threads.emplace_back(doWork, i);}for (auto& th : threads) {th.join();}return 0;
}

15. 智能指针

智能指针提供了自动内存管理，减少了内存泄漏的风险。

示例代码

#include <memory>int main() {auto ptr = std::make_shared<int>(10); // 创建一个shared_ptrstd::weak_ptr<int> weakPtr = ptr;     // 创建一个weak_ptr// 使用ptr和weakPtrreturn 0;
}

16. 条件变量和原子操作

条件变量和原子操作是并发编程中同步线程的重要工具。

示例代码

#include <mutex>
#include <condition_variable>std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;void worker() {std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);cv.wait(lck, []{ return ready; }); // 等待条件// 条件满足后的工作
}int main() {// 设置数据，通知worker开始工作std::thread t(worker);ready = true;cv.notify_one();t.join();return 0;
}