在处理 Project Euler 问题时,我经常需要大 (> 10**7) 位数组。
我的正常方法是以下之一:
bool* sieve = new bool[N];
bool sieve[N];
当 N = 1,000,000 时,我的程序使用 1 兆字节(8 * 1,000,000 位)。
有没有比 c++ 中的 bool 更有效的方法来使用存储位数组?
使用std::bitset
(如果N
是常数),否则使用std::vector<bool>
其他人提到的(但不要忘记阅读Herb Sutter 的这篇优秀文章)
位集是一种特殊的容器类,旨在存储位(只有两个可能值的元素:0 或 1,真或假,...)。
该类与常规数组非常相似,但优化了空间分配:每个元素仅占用一位(比 C++ 中最小的元素类型:char 少八倍)。
编辑:
Herb Sutter(在那篇文章中)提到
std::vector< bool > 不符合标准的原因是它隐藏了一些技巧以试图优化空间:而不是为每个 bool[1] 存储一个完整的 char 或 int (占用至少 8 倍的空间,在具有 8 位字符的平台上),它将布尔值打包并将它们作为单独的位(例如,字符内部)存储在其内部表示中。
std::vector < bool >通过将其写入标准来强制对所有用户进行特定优化。这不是一个好主意。不同的用户有不同的要求,现在所有的vector用户都必须付出性能代价,即使他们不想要或不需要空间节省。
编辑 2:
如果您使用过 Boost,则可以使用boost::dynamic_bitset
(如果N
在运行时已知)
无论好坏,std::vector<bool>
都将使用位而不是布尔值,以节省空间。所以std::vector
就像你应该首先使用的那样使用。
如果N
是常数,则可以使用std::bitset
.
你可以抬头std::bitset
看std::vector<bool>
。通常不推荐使用后者,因为尽管vector
名称中有 ,但它实际上并不像任何其他类型的对象的向量,实际上也不符合一般容器的要求。尽管如此,它可能非常有用。
OTOH,没有什么会(至少可靠地)以不到 100 万位存储 100 万个布尔值。根本无法确定。如果您的位集包含一定程度的冗余,则有各种可能有效的压缩方案(例如,LZ*、霍夫曼、算术),但如果不了解内容,就不可能肯定地说它们是有效的。然而,这些中的任何一个通常只会将每个布尔/位存储在一个存储位中(加上一点簿记开销——但这通常是一个常数,并且最多字节到几十个字节的顺序)。
'bool' 类型不是仅使用 1 位存储的。从您对大小的评论来看,每个布尔似乎使用 1 个完整字节。
类似 AC 的做法是:
uint8_t sieve[N/8]; //array of N/8 bytes
然后逻辑或字节一起得到你所有的位:
sieve[0] = 0x01 | 0x02; //this would turn on the first two bits
在该示例中,0x01 和 0x02 是表示字节的十六进制数。
'bool' 类型不是仅使用 1 位存储的。从您对大小的评论来看,每个布尔似乎使用 1 个完整字节。
类似 AC 的做法是:
uint8_t sieve[N/8]; //array of N/8 bytes
数组元素是:
result = sieve[index / 8] || (1 << (index % 8));
或者
result = sieve[index >> 3] || (1 << (index & 7));
在数组中设置 1:
sieve[index >> 3] |= 1 << (index & 7);
您可能有兴趣尝试使用BITSCAN库作为替代方案。最近有人提出了稀疏性的扩展,我不确定你的情况,但可能是。
您可以使用字节数组并对其进行索引。索引n
将在字节索引n/8
,位 #n%8
中。(如果 std::bitset 由于某种原因不可用)。
如果 N 在编译时已知,则使用std::bitset,否则使用boost::dynamic_bitset。