如何在C++中操作和表示二进制数

How to manipulate and represent binary numbers in C++

本文关键字：表示 二进制数 操作 C++      更新时间：2023-10-16

我目前正试图使用一个非常简单的预序遍历算法为huffman树构建一个查找表，但我在执行非常基本的逐位操作时遇到了困难。psuedo代码如下：

void preOrder(huffNode *node, int bit) //not sure how to represent bit
{
  if (node == NULL)
    return;
  (1) bit = bit + 0; //I basically want to add a 0 onto this number (01 would go to 010)
  preOrder(node->getLeft(), bit);
  (2) bit = bit - 0 + 1; //This should subtract the last 0 and add a 1 (010 would go to 011)
  preOrder(node->getRight());

}

我对如何执行第（1）行和第（2）行中定义的操作感到非常困惑

使用哪种数据类型来表示和打印二进制数字？在上面的例子中，我将数字表示为int，但我确信这是不正确的。此外，如何添加或减去值？我理解如何&和|types逻辑是有效的，但我对如何在代码中执行这些操作感到困惑。

有人能举一些非常简单的例子吗？

下面是一些二进制运算的基本示例。我在这里使用的大多是就地操作。

int bit = 0x02;   //               0010
bit |= 1;         // OR  0001 ->   0011
bit ^= 1;         // XOR 0001 ->   0010
bit ^= 7;         // XOR 0111 ->   0101
bit &= 14;        // AND 1110 ->   0100
bit <<= 1;        // LSHIFT 1 ->   1000
bit >>= 2;        // RSHIFT 2 ->   0010
bit = ~bit;       // COMPLEMENT -> 1101

如果你想打印一个二进制数字，你需要自己做。。。这里有一种效率稍低但可读性适中的方法：

char bitstr[33] = {0};
for( int b = 0; b < 32; b++ ) {
    if( bit & (1 << (31-b)) )
        bitstr[b] = '1';
    else
        bitstr[b] = '0';
}
printf( "%sn", bitstr );

[edit]如果我想要更快的代码，我可能会为0-255的所有数字预生成（或硬编码）一个具有8位序列的查找表。

// This turns a 32-bit integer into a binary string.
char lookup[256][9] = {
    "00000000",
    "00000001",
    "00000010",
    "00000011",
    // ... etc (you don't want to do this by hand)
    "11111111"
};
char * lolo = lookup[val & 0xff];
char * lohi = lookup[(val>>8) & 0xff];
char * hilo = lookup[(val>>16) & 0xff];
char * hihi = lookup[(val>>24) & 0xff];
// This part is maybe a bit lazy =)
char bitstr[33];
sprintf( "%s%s%s%s", hihi, hilo, lohi, lolo );

相反，你可以这样做：

char *bits = bitstr;
while( *hihi ) *bits++ = *hihi++;
while( *hilo ) *bits++ = *hilo++;
while( *lohi ) *bits++ = *lohi++;
while( *lolo ) *bits++ = *lolo++;
*bits = 0;

或者干脆把整件事展开

char bitstr[33] = {
    hihi[0], hihi[1], hihi[2], hihi[3], hihi[4], hihi[5], hihi[6], hihi[7],
    hilo[0], hilo[1], hilo[2], hilo[3], hilo[4], hilo[5], hilo[6], hilo[7],
    lohi[0], lohi[1], lohi[2], lohi[3], lohi[4], lohi[5], lohi[6], lohi[7],
    lolo[0], lolo[1], lolo[2], lolo[3], lolo[4], lolo[5], lolo[6], lolo[7],
    0 };

当然，查找中的这8个字节与64位整数的长度相同。。。那么这个呢？比那些毫无意义地在字符数组中漫游要快得多。

char bitstr[33];
__int64 * intbits = (__int64*)bitstr;
intbits[0] = *(__int64*)lookup[(val >> 24) & 0xff];
intbits[1] = *(__int64*)lookup[(val >> 16) & 0xff];
intbits[2] = *(__int64*)lookup[(val >> 8) & 0xff];
intbits[3] = *(__int64*)lookup[val & 0xff];
bitstr[32] = 0;

当然，在上面的代码中，您可以将查找值表示为int64，而不是字符串。

不管怎样，只要指出你可以写它，这对你的目的来说是合适的。如果你需要优化，事情会很有趣，但对于大多数实际应用程序来说，这样的优化是微不足道或毫无意义的。

除非二进制序列比int中的位数长，否则可以使用int。

若要将0添加到的当前表示形式的末尾，可以使用a<lt；1

若要将当前表示形式末尾的0替换为1，可以使用a^=1

请注意，要以这种方式使用int，您还需要跟踪int中您的位的起始位置，这样，如果您有值0x0，您就可以知道0，00，000，…中的哪一个。。。是的。

代码中的操作：

(1) bit = bit << 1;
(2) bit = bit|1;

但是，您还必须保持序列的长度。

若int的长度对你们来说足够好，并没有理由不使用它。然而，在huffman算法中，它实际上取决于数据。C++程序员应该对任意长度的位序列使用boost:：dynamic_bitset。它还支持上面的位操作。http://www.boost.org/doc/libs/1_42_0/libs/dynamic_bitset/dynamic_bitset.html

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