Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

ПОПРОБУЙТЕ

Скомпилируйте программу для работы с битовыми комбинациями и попробуйте создать двоичные и шестнадцатеричные представления нескольких чисел. Если вас затрудняет представление отрицательных чисел, перечитайте раздел 25.5.3 и попробуйте снова.

25.5.2. Класс bitset

Для представления наборов битов и работы с ними используется стандартный шаблонный класс bitset из заголовка . Каждый объект класса bitset имеет фиксированный размер, указанный при его создании.

bitset<4> flags;

bitset<128> dword_bits;

bitset<12345> lots;

Объект класса bitset по умолчанию инициализируется одними нулями, но обычно у него есть инициализатор. Инициализаторами объектов класса bitset могут быть целые числа без знака или строки, состоящие из нулей и единиц:

bitset<4> flags = 0xb;

bitset<128> dword_bits(string("1010101010101010"));

bitset<12345> lots;

Здесь объект lots будет содержать одни нули, а dword_bits — 112 нулей, за которыми следуют 16 явно заданных битов. Если вы попытаетесь проинициализировать объект класса bitset строкой, состоящей из символов, отличающихся от '0' и '1', то будет сгенерировано исключение std::invalid_argument.

string s;

cin>>s;

bitset<12345> my_bits(s); // может генерировать исключение

                          // std::invalid_argument

К объектам класса bitset можно применять обычные операции над битами. Предположим, что переменные b1, b2 и b3 являются объектами класса bitset.

b1 = b2&b3  // и

b1 = b2|b3;  // или

b1 = b2^b3;  // xor

b1 = ~b2;    // дополнение

b1 = b2<<2;  // сдвиг влево

b1 = b2>>3;  // сдвиг вправо

По существу, при выполнении битовых операций (поразрядных логических операций) объект класса bitset ведет себя как переменная типа unsigned int (раздел 25.5.3), имеющая произвольный, заданный пользователем размер. Все, что можно делать с переменной типа unsigned int (за исключением арифметических операций), вы можете делать и с объектом класса bitset. В частности, объекты класса bitset полезны при вводе и выводе.

cin>>b; // считываем объект класса bitset

        // из потока ввода

cout<('c'); // выводим битовую комбинацию для символа 'c'

Считывая данные в объект класса bitset, поток ввода ищет нули и единицы. Рассмотрим пример.

10121

Число 101 будет введено, а число 21 останется в потоке.

Как в байтах и в словах, биты в объектах класса bitset нумеруются справа налево (начиная с самого младшего бита и заканчивая самым старшим), поэтому, например, числовое значение седьмого бита равно 27.

Для объектов класса bitset нумерация является не просто соглашением поскольку класс bitset поддерживает индексирование битов. Рассмотрим пример.

int main()

{

  const int max = 10;

  bitset b;

  while (cin>>b) {

    cout << b << '\n';

    for (int i =0; i

                                             // порядок

    cout << '\n';

  }

}

Если вам нужна более полная информация о классе bitset, ищите ее в Интернете, в справочниках и учебниках повышенной сложности. 

25.5.3. Целые числа со знаком и без знака

Как и во многих языках программирования, целые числа в языке С++ бывают двух видов: со знаком и без него. Целые числа без знака легко представить в памяти компьютера: нулевой бит означает единицу, первый бит — двойку, второй бит — четверку и т.д. Однако представление целого числа со знаком уже создает проблему: как отличить положительные числа от отрицательных? Язык С++ предоставляет разработчикам аппаратного обеспечения определенную свободу выбора, но практически во всех реализациях используется представление в виде двоичного дополнения. Крайний левый бит (самый старший) считается знаковым.

Если знаковый бит равен единице, то число считается отрицательным. Почти повсюду для представления целых чисел со знаком используется двоичное дополнение. Для того чтобы сэкономить место, рассмотрим представление четырехбитового целого числа со знаком.

Битовую комбинацию числа –(x+1) можно описать как дополнение битов числа x (известное также как ~x; см. раздел 25.5.1).

До сих пор мы использовали только целые числа со знаком (например, int). Правила использования целых чисел со знаком и без знака можно было бы сформулировать следующим образом.

  • Для числовых расчетов используйте целые числа со знаком (например, int).

  • Для работы с битовыми наборами используйте целые числа без знака (например, unsigned int).