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法學Go語言實現位集程式
位集是一種資料結構，它表示一組固定大小的二進位制值，每個值可以是 0 或 1。它通常用於高效地儲存和操作大量的布林值。在本文中，我們將使用兩種不同的方法在 Go 語言中實現位集，第一種方法涉及使用布林值的切片，第二種方法涉及使用無符號整數進行位操作。這裡的實現意味著我們將執行各種操作，例如設定、清除和測試位集資料結構中單個位。
解釋
位集是一種用於高效儲存和操作一組二進位制值的資料結構，其中每個值可以是 0 或 1。它特別適用於需要跟蹤大量布林值的情況，例如表示集合中元素的成員資格或存在。
Bitset: [0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0] Index: 0 1 2 3 4 5 6 7
語法
type BitSet struct{ data []uint64; size int }
語法：BitSet 結構使用 uint64 的切片實現位集。data 欄位是 uint64 的切片，用於儲存位集的實際位。size 欄位表示位集中的位總數。這種方法對於處理大量位非常節省記憶體，並且對 uint64 元素執行按位運算可以有效地操作單個位。
演算法
建立一個具有空的 uint64 資料切片的 BitSet 結構，並將大小設定為位集中的所需位數。
要設定特定位置 pos 的位，請使用 pos / 64 計算資料切片中 uint64 元素的索引，並使用 pos % 64 計算該 uint64 元素中位的位位置。使用按位或 (|) 將位設定為計算出的 uint64 元素中的位置。
要清除特定位置 pos 的位，請類似於設定操作，計算 uint64 元素的索引和該元素中位的位位置。使用位與 (&) 和位掩碼的反運算來清除計算出的位置的位。
要切換特定位置 pos 的位，請類似於設定操作，計算 uint64 元素的索引和該元素中位的位位置。使用按位異或 (^) 和位掩碼來切換計算出的位置的位。
並集、交集和差集：要對兩個位集執行並集、交集和差集等集合運算，請在兩個位集的資料切片的元素之間應用相應的按位運算（或、與和異或）。
要對位集執行移位和旋轉操作，請對資料切片元素使用按位移位和旋轉操作來向左或向右移動位。
示例 1
在這個例子中，我們將使用 uint64 的切片在 Go 中實現一個位集。切片中的每個 uint64 元素可以表示 64 位，允許我們有效地處理大量位。NewBitSet 函式使用指定的大小初始化位集。Set 函式設定給定索引處的特定位，Clear 函式清除給定索引處的位，Test 函式檢查給定索引處的位是否已設定。
package main
import "fmt"
type BitSet struct {
bitArray []uint64
size int
}
func NewBitSet(size int) *BitSet {
sliceSize := (size + 63) / 64
return &BitSet{
bitArray: make([]uint64, sliceSize),
size: size,
}
}
func (bs *BitSet) Set(bit int) {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return
}
index := bit / 64
offset := bit % 64
bs.bitArray[index] |= 1 << offset
}
func (bs *BitSet) Clear(bit int) {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return
}
index := bit / 64
offset := bit % 64
bs.bitArray[index] &= ^(1 << offset)
}
func (bs *BitSet) Test(bit int) bool {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return false
}
index := bit / 64
offset := bit % 64
return (bs.bitArray[index] & (1 << offset)) != 0
}
func main() {
bitSet := NewBitSet(128)
bitSet.Set(1)
bitSet.Set(3)
bitSet.Set(5)
bitSet.Set(120)
fmt.Println("Bit at position 1 is set:", bitSet.Test(1))
fmt.Println("Bit at position 10 is set:", bitSet.Test(10))
fmt.Println("Bit at position 3 is set:", bitSet.Test(3))
}
輸出
Bit at position 1 is set: true Bit at position 10 is set: false Bit at position 3 is set: true
示例 2
在這個例子中，我們將使用固定大小的整數陣列在 Go 中實現一個位集。這裡每個整數表示固定數量的位。例如，使用 32 位整數，我們可以表示 32 位。我們將演示如何在位集中設定、清除和測試單個位。我們將使用 32 位整數陣列來表示位集，其中每個元素可以容納 32 位。
package main
import (
"fmt"
)
type BitSet struct {
bitArray []uint32
size int
}
func NewBitSet(size int) *BitSet {
numElements := (size + 31) / 32
return &BitSet{
bitArray: make([]uint32, numElements),
size: size,
}
}
func (bs *BitSet) Set(bit int) {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return
}
element := bit / 32
bitWithinElement := bit % 32
bs.bitArray[element] |= (1 << uint32(bitWithinElement))
}
func (bs *BitSet) Clear(bit int) {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return
}
element := bit / 32
bitWithinElement := bit % 32
bs.bitArray[element] &= ^(1 << uint32(bitWithinElement))
}
func (bs *BitSet) Test(bit int) bool {
if bit < 0 || bit >= bs.size {
return false
}
element := bit / 32
bitWithinElement := bit % 32
return bs.bitArray[element]&(1<<uint32(bitWithinElement)) != 0
}
func main() {
bitSet := NewBitSet(128)
bitSet.Set(1)
bitSet.Set(3)
bitSet.Set(5)
bitSet.Set(120)
fmt.Println("Bit at position 1 is set:", bitSet.Test(1))
fmt.Println("Bit at position 10 is set:", bitSet.Test(10))
fmt.Println("Bit at position 3 is set:", bitSet.Test(3))
}
輸出
Bit at position 1 is set: true Bit at position 10 is set: false Bit at position 3 is set: true
現實生活中的應用
網路資料包過濾
位集用於網路資料包過濾，其中路由器和防火牆將傳入資料包與規則匹配。每個規則都表示為一個位集，其中位表示源 IP 範圍、協議或資料標誌等條件。高效的按位運算有助於快速確定是否允許資料包。
稀疏資料索引
在資料庫和搜尋引擎中，位集索引用於稀疏資料。它將屬性壓縮為位，從而節省記憶體。例如，在搜尋引擎中，位集標識包含特定術語的文件。設定的位表示術語的存在，從而使索引和查詢速度更快。
結論
位集是一種用於高效儲存和操作一組二進位制值的資料結構，其中每個值可以是 0 或 1。在本文中，我們研究瞭如何在 Go 中實現位集：一種使用 uint64 的切片，另一種使用固定大小的整數陣列。對於處理大量位，第一個示例在記憶體效率方面更高，而對於較少數量的位，第二個示例的記憶體效率更高。
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