如何在C中实现位集？

Question

我一直在Java中使用Bitset类，我想在C中做类似的事情。我想我必须像C中的大多数东西一样手动完成它。什么是有效的实现方法？

byte bitset[]

也许

bool bitset[]

？

Answer 1

CCAN 有一个可以使用的位集实现：https://ccodearchive.net/info/jset.html

但是，如果您最终自己实现它（例如，如果您不喜欢对该包的依赖），则应该使用整数数组并使用计算机体系结构的本机大小：

#define WORD_BITS (8 * sizeof(unsigned int))

unsigned int * bitarray = (int *)calloc(size / 8 + 1, sizeof(unsigned int));

static inline void setIndex(unsigned int * bitarray, size_t idx) {
    bitarray[idx / WORD_BITS] |= (1 << (idx % WORD_BITS));
}

不要使用特定的大小（例如使用 uint64 或 uint32），让计算机使用它想要使用的内容并使用 sizeof 进行适应。

Answer 2

没有人提到 C FAQ 推荐的内容，这是一堆很好的旧宏：

#include <limits.h>     /* for CHAR_BIT */

#define BITMASK(b) (1 << ((b) % CHAR_BIT))
#define BITSLOT(b) ((b) / CHAR_BIT)
#define BITSET(a, b) ((a)[BITSLOT(b)] |= BITMASK(b))
#define BITCLEAR(a, b) ((a)[BITSLOT(b)] &= ~BITMASK(b))
#define BITTEST(a, b) ((a)[BITSLOT(b)] & BITMASK(b))
#define BITNSLOTS(nb) ((nb + CHAR_BIT - 1) / CHAR_BIT)

（通过 http://c-faq.com/misc/bitsets.html）

Answer 3

嗯，byte bitset[] 似乎有点误导，不是吗？

在结构中使用位字段，然后您可以维护这些类型的集合（或按照您认为合适的其他方式使用它们）

struct packed_struct {
  unsigned int b1:1;
  unsigned int b2:1;
  unsigned int b3:1;
  unsigned int b4:1;
  /* etc. */
} packed;

Answer 4

我推荐我的BITSCAN C++库（1.0版本刚刚发布）。 BITSCAN 专门针对快速位扫描操作。我用它来实现涉及简单无向图的 NP-Hard 组合问题，例如最大集团（请参阅 BBMC 算法，了解领先的精确求解器）。

可在此处查看 BITSCAN 与标准解决方案 STL bitset 和 BOOST dynamic_bitset 之间的比较： http://blog.biicode.com/bitscan-efficiency-at-glance/

Answer 5

您可以使用 bitsPerItem 的

1

尝试我的

PackedArray

代码。

它实现了一个随机访问容器，其中项目以位级别打包。换句话说，它的行为就好像你能够操纵一个例如

uint9_t

或

uint17_t

数组：

PackedArray principle:
  . compact storage of <= 32 bits items
  . items are tightly packed into a buffer of uint32_t integers

PackedArray requirements:
  . you must know in advance how many bits are needed to hold a single item
  . you must know in advance how many items you want to store
  . when packing, behavior is undefined if items have more than bitsPerItem bits

PackedArray general in memory representation:
  |-------------------------------------------------- - - -
  |       b0       |       b1       |       b2       |
  |-------------------------------------------------- - - -
  | i0 | i1 | i2 | i3 | i4 | i5 | i6 | i7 | i8 | i9 |
  |-------------------------------------------------- - - -

  . items are tightly packed together
  . several items end up inside the same buffer cell, e.g. i0, i1, i2
  . some items span two buffer cells, e.g. i3, i6

Answer 6

像往常一样，您需要首先决定需要对位集执行哪种操作。也许是 Java 定义的某个子集？之后，您可以决定如何最好地实施它。您当然可以查看 OpenJDK 中 BitSet.java 的源代码来获取想法。

Answer 7

将其设为 unsigned int 64 的数组。