Упражнение 4.12

Даны два целых числа:

unsigned int ui1 = 3, ui2 = 7;

Каков результат следующих выражений?

(a)ui1 & ui2 (c) uil | ui2

(b)ui1 && ui2 (d) uil || ui2

Упражнение 4.13

Используя пример функции bit_on(), создайте функции bit_turn_on() (выставляет бит в 1), bit_turn_off() (сбрасывает бит в 0), flip_bit() (меняет значение на противоположное) и bit_off() (возвращает true, если бит равен 0). Напишите программу, использующую ваши функции.

Упражнение 4.14

В чем недостаток функций из предыдущего упражнения, использующих тип unsigned int? Их реализацию можно улучшить, используя определение типа с помощью typedef или механизм функций-шаблонов. Перепишите функцию bit_on(),применив сначала typedef, а затем механизм шаблонов.

4.12. Класс bitset

Таблица 4.4. Операции с классом bitset

Как мы уже говорили, необходимость создавать сложные выражения для манипуляции битовыми векторами затрудняет использование встроенных типов данных. Класс bitset упрощает работу с битовым вектором. Вот какое выражение нам приходилось писать в предыдущем разделе для того, чтобы “взвести” 27-й бит:

quiz1 |= 1<<27;

При использовании bitset то же самое мы можем сделать двумя способами:

quiz1[27] = 1;

или

quiz1.set(27);

(В нашем примере мы не используем нулевой бит, чтобы сохранить “естественную” нумерацию. На самом деле, нумерация битов начинается с 0.)

Для использования класса bitset необходимо включить заголовочный файл:

#include <bitset>

Объект типа bitset может быть объявлен тремя способами. В определении по умолчанию мы просто указываем размер битового вектора:

bitset<32> bitvec;

Это определение задает объект bitset, содержащий 32 бита с номерами от 0 до 31. Все биты инициализируются нулем. С помощью функции any() можно проверить, есть ли в векторе единичные биты. Эта функция возвращает true, если хотя бы один бит отличен от нуля. Например:

bool is_set = bitvec.any();

Переменная is_set получит значение false, так как объект bitset по умолчанию инициализируется нулями. Парная функция none() возвращает true, если все биты равны нулю:

bool is_not_set = bitvec.none();

Изменить значение отдельного бита можно двумя способами: воспользовавшись функциями set() и reset() или индексом. Так, следующий цикл выставляет в 1

for ( int index=0; index<32; ++index ) if ( index % 2 == 0 )

каждый четный бит:

bitvec[ index ] = 1;

Аналогично существует два способа проверки значений каждого бита – с помощью функции test() и с помощью индекса. Функция () возвращает true, если

if ( bitvec.test( 0 ))

соответствующий бит равен 1, и false в противном случае. Например:

// присваивание bitvec[0]=1 сработало!;

cout << "bitvec: включенные биты:\n\t"; for ( int index = 0; index < 32; ++-index )

if ( bitvec[ index ] ) cout << index << " ";

Значения битов с помощью индекса проверяются таким образом: cout << endl;

bitvec.reset(0);

Следующая пара операторов демонстрирует сброс первого бита двумя способами: bitvec[0] = 0;

Функции set() и reset() могут применяться ко всему битовому вектору в целом. В

// сброс всех битов bitvec.reset();

if (bitvec.none() != true)

//что-то не сработало

//установить в 1 все биты вектора bitvec

if ( bitvec.any() != true )

этом случае они должны быть вызваны без параметра. Например:

// что-то опять не сработало

bitvec.f1ip( 0 ); // меняет значение первого бита bitvec[0].flip(); // тоже меняет значение первого бита

Функция flip() меняет значение отдельного бита или всего битового вектора:

Существуют еще два способа определить объект типа bitset. Оба они дают возможность проинициализировать объект определенным набором нулей и единиц. Первый способ – явно задать целое беззнаковое число как аргумент конструктору. Начальные N позиций битового вектора получат значения соответствующих двоичных разрядов аргумента. Например:

bitset< 32 > bitvec2( Oxffff );

инициализирует bitvec2 следующим набором значений:

00000000000000001111111111111111

В результате определения

bitset< 32 > bitvec3( 012 );

у bitvec3 окажутся ненулевыми биты на местах 1 и 3:

00000000000000000000000000001010

В качестве аргумента конструктору может быть передано и строковое значение, состоящее из нулей и единиц. Например, следующее определение инициализирует

// эквивалентно bitvec3 string bitva1( "1010" );

bitvec4 тем же набором значений, что и bitvec3: bitset< 32 > bitvec4( bitval );

Можно также указать диапазон символов строки, выступающих как начальные значения

// подстрока с шестой позиции длиной 4: 1010 string bitval ( "1111110101100011010101" );

для битового вектора. Например:

bitset< 32 > bitvec5( bitval, 6, 4 );

Мы получаем то же значение, что и для bitvec3 и bitvec4. Если опустить третий

// подстрока с шестой позиции до конца строки: 1010101 string bitva1( "1111110101100011010101" );

параметр, подстрока берется до конца исходной строки: bitset< 32 > bitvec6( bitval, 6 );

Класс bitset предоставляет две функции-члена для преобразования объекта bitset в другой тип. Для трансформации в строку, состоящую из символов нулей и единиц, служит функция to_string():

string bitva1( bitvec3.to_string() );

Вторая функция, to_long(), преобразует битовый вектор в его целочисленное представление в виде unsigned long, если, конечно, оно помещается в unsigned long. Это видоизменение особенно полезно, если мы хотим передать битовый вектор функции на С или С++, не пользующейся стандартной библиотекой.

Кобъектам типа bitset можно применять побитовые операции. Например: bitset<32> bitvec7 = bitvec2 & bitvec3;

Объект bitvec7 инициализируется результатом побитового И двух битовых векторов bitvec2 и bitvec3.