C / C ++位數組或位向量

Question

我正在學習C / C ++編程，遇到了“位數組”或“位向量”的用法。 無法理解其目的？ 這是我的疑問-

1. 它們用作布爾標志嗎？
2. 可以使用int數組嗎？ （當然，更多的內存，但是..）
3. 掩膜的概念是什么？
4. 如果位屏蔽是獲得相應標志的簡單位操作，那么如何為它們編寫一個程序？ 頭上執行此操作以了解與十進制數字相對應的標志是不是很困難？

我正在尋找應用程序，以便可以更好地理解。 例如

問：您將得到一個文件，其中包含整數（1到1百萬）。 有一些重復項，因此缺少一些數字。 找到找到遺漏號碼的最快方法？

對於上述問題，我已經閱讀了告訴我使用位數組的解決方案。 一個整數如何存儲一個整數？

Answer 1

我認為您在數組和數字之間感到困惑，尤其是操縱二進制數字的含義。

我將通過示例進行介紹。 假設您有許多錯誤消息，並且想要從函數的返回值中返回它們。 現在，您可以將錯誤1,2,3,4 ...標記為您的腦海，但是，僅給出一個數字，您如何確定發生了哪些錯誤？

現在，嘗試標記錯誤1,2,4,8,16 ...基本上增加2的冪。 為什么這樣做？ 好吧，當您以2為基數時，您正在操縱一個像00000000數字，其中每個數字對應於2的冪乘以其從右邊開始的位置。 因此，假設發生錯誤1、4和8。 好吧，那可以表示為00001101 。 相反，第一個數字= 1 * 2 ^ 0，第三個數字1 * 2 ^ 2和第四個數字1 * 2 ^ 3。 將它們全部加在一起就可以得到13。

現在，我們可以通過應用位掩碼來測試是否發生了此類錯誤。 例如，如果您想找出是否發生錯誤8 ，請使用8 = 00001000的位表示形式。 現在，為了提取是否已發生該錯誤，請使用二進制文件，如下所示：

  00001101
& 00001000
= 00001000

我確定您知道an和and的工作原理或可以從上面推論得出-在數字上工作，如果任何兩位數字均為1，則結果為1，否則為0。

現在，在C中：

int func(...)
{
    int retval = 0;

    if ( sometestthatmeans an error )
    {
        retval += 1;
    }


    if ( sometestthatmeans an error )
    {
        retval += 2;
    }
    return retval
}

int anotherfunc(...)
{
    uint8_t x = func(...)

    /* binary and with 8 and shift 3 plaes to the right
     * so that the resultant expression is either 1 or 0 */
    if ( ( ( x & 0x08 ) >> 3 ) == 1 )
    {
        /* that error occurred */
    }
}

現在，要實用。 當內存稀疏並且協議沒有冗長的xml等的奢侈時，通常將字段定義為這么多位寬。 在該字段中，將各種位（標志，2的冪）分配給某種含義，並應用二進制運算來推斷是否已設置它們，然后對其進行運算。

我還應該補充一點，二進制運算在思想上與計算機的底層電子設備非常接近。 想象一下，如果位字段對應於各種電路的輸出（是否帶電）。 通過使用足夠多的上述電路組合，您可以制造出……台計算機。

Answer 2

關於bits數組的用法：

如果您知道“只有”一百萬個數字，則使用一百萬個比特的數組。 在開始時，所有位都將為零，並且每次您讀取一個數字時-將此數字用作索引並將該索引中的位更改為1（如果還不是一個的話）。

讀取所有數字后-缺失的數字是數組中零的索引。

例如，如果我們只有0-4之間的數字，則數組開頭應為：0 0 0 00。如果我們讀取數字：3、2、2，則數組將如下所示：read 3- > 0 0 0 1 0.再次讀取3-> 0 0 0 1 0.讀取2-> 0 0 1 1 0.檢查零的索引：0,1,4-這些是缺少的數字

順便說一句，您當然可以使用整數而不是位，但是它可能占用（取決於系統）32倍的內存

西萬

Answer 3

位向量的位陣列用作從位置到某個位值的映射。 是的，它基本上與Bool數組相同，但是典型的Bool實現長度為一到四個字節，並且占用了太多空間。

通過使用單詞數組和二進制掩碼操作以及轉移來存儲和檢索它們，我們可以更有效地存儲相同數量的數據（減少了使用的總內存，減少了對內存的訪問，減少了緩存未命中，減少了內存頁面交換）。 訪問單個位的代碼仍然非常簡單。

還有一些用C語言內置的位域支持（您編寫int i:1;類的東西int i:1;說“只消耗一位”），但是它不適用於數組，並且您對整體結果的控制較少（詳細信息實施方式取決於編譯器和對齊問題）。

以下是回答“搜索遺漏號碼”問題的一種可能方法。 我將int大小固定為32位以使事情簡單，但是可以使用sizeof（int）編寫它以使其可移植。 並且（取決於編譯器和目標處理器）只能使用>> 5代替/ 32和& 31和& 31代替% 32來使代碼更快，但這只是為了給出想法。

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdint.h>

int main(){
    /* put all numbers from 1 to 1000000 in a file, except 765 and 777777 */
    {
        printf("writing test file\n");
        int x = 0;
        FILE * f = fopen("testfile.txt", "w");
        for (x=0; x < 1000000; ++x){
            if (x == 765 || x == 777760 || x == 777791){
                continue;
            }
            fprintf(f, "%d\n", x);
        }
        fprintf(f, "%d\n", 57768); /* this one is a duplicate */
        fclose(f);
    }

    uint32_t bitarray[1000000 / 32];

    /* read file containing integers in the range [1,1000000] */
    /* any non number is considered as separator */
    /* the goal is to find missing numbers */
    printf("Reading test file\n");
    {
        unsigned int x = 0;
        FILE * f = fopen("testfile.txt", "r");
        while (1 == fscanf(f, " %u",&x)){
            bitarray[x / 32] |= 1 << (x % 32);
        }
        fclose(f);
    }
    /* find missing number in bitarray */
    {
        int x = 0;
        for (x=0; x < (1000000 / 32) ; ++x){
            int n = bitarray[x];
            if (n != (uint32_t)-1){
                printf("Missing number(s) between %d and %d [%x]\n",
                    x * 32, (x+1) * 32, bitarray[x]);
                int b;
                for (b = 0 ; b < 32 ; ++b){
                    if (0 == (n & (1 << b))){
                        printf("missing number is %d\n", x*32+b);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Answer 4

位數組或位向量可以是布爾值數組 。 通常，布爾變量至少需要存儲一個字節，但是在位數組/向量中僅需要一位。 如果您有很多這樣的數據，這將很方便，這樣可以節省大量內存。

另一種用法是，如果您的數字不完全適合 8、16、32或64位大小的標准變量 。 您可以通過這種方式將一個由4位組成的數字存儲到16位的位向量中，一個是2位，另一個是10位。 通常，您必須使用3個大小分別為8,8和16位的變量，因此浪費的存儲空間僅為50％。

但是所有這些用途很少在業務應用中使用，當通過pinvoke / interop功能連接驅動程序並執行低級編程時，經常會使用這些用途。

Answer 5

它用於位標志存儲，以及用於解析不同的二進制協議字段，其中1個字節被划分為多個位字段。 它廣泛用於TCP / IP等協議，高達ASN.​​1編碼，OpenPGP數據包等。