C++中bitset的大小是多少？

Question

我想知道bitset实际上是如何分配内存的。我从一些博客中读到它以位(bit)的形式占用内存。但是当我运行以下代码时：

   bitset<3> bits = 001;
   cout<<sizeof(bits);

我得到的输出是4。这背后的解释是什么？

另外，在C++中是否有一种方法可以分配位空间？

- Saurabh

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你不能在比特级别上分配空间，因为这不是C++抽象机制的工作方式。就像你不能在超市买半个香蕉一样，你也不能分配半个字节的空间。 - user1203803

它将四舍五入到存储N位所需的最小字节数，至少。编译器将添加对齐和其他内容以使访问数据更快，但它具体如何实现是由实现定义的。 - user1203803

“另外，在C++中有没有一种方法可以分配位空间？”是的，但您一次只能分配8个。 - Luchian Grigore

不一定总是8，这取决于CHAR_BIT。 - user1203803

@LuchianGrigore s/追求卖弄学问/正确性/ - user1203803

Answer 1

你可以近似计算 bitset<N> 的大小为:

1. 如果内部表示是32位的（例如在32位系统上的无符号），则为 4 * ((N + 31) / 32)
2. 如果内部表示是64位的（例如在64位系统上的无符号长整型），则为 8 * ((N + 63) / 64)

看起来第一种情况是正确的: 4 * ((3 + 31) / 32) 是 4

- PiotrNycz

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你能详细解释一下为什么是(N + 31) / 32吗？谢谢。 - Deqing

@Deqing 这是一种计算整数分子/分母表达式的上限值的方法。要获取 ceil(N/D) - 您需要使用此表达式：(N + D - 1) / D。请参见：31==32-1。我需要 N/32 的上限值，因此我使用这个技巧来获取它... - PiotrNycz

公式 4 * ((N + 31) / 32) 对于 n = 3,40 可以使用，但是当 n = 66 时失败了。看来这里没有确定性的公式... - daparic

@ifelsemonkey - 你的意思是 sizeof(std::bitset<66>) 不是 4 * (66+31)/32，这个结果是12吗？也许在某些数字（比如66）以上，“你的”bitset内部会改变为 uint64_t[] 数组 - 所以它的大小是 8 * (66+63)/64，即16？ - PiotrNycz

@ifelsemonkey - 无论如何 - 我们无法百分之百地预测bitset<N>的大小 - 因为它的内部表示可能会因为新版本的std库选择其他内部表示而发生变化。因此，我的答案只是实际值的近似值（我使用了这个动词）。 - PiotrNycz

Answer 2

我得到的输出是4，背后的原因是什么？

标准中没有关于如何实现bitset的信息。它的实现是定义好的，查看您编译器的bitset头文件。

此外，C++中是否有一种方法来分配位空间？

不，C++中没有一种方法可以分配位空间。

- ForEveR

Answer 3

您的CPU不是按位操作，而是按字节和单词操作。在您的情况下，sizeof(bits)的结果为4，因为编译器决定将此数据结构对齐到4个字节。

- Juho

Answer 4

通常在32位处理器上，编译器会将分配的内存大小设置为4字节的倍数，因此大于3/8的最近的4的倍数是4字节。

- jrtc27

Answer 5

你不能单独寻址位，最小可寻址单位是字节。因此，不，你无法精确地分配位。

另一件事是填充 - 你几乎总是会获得比你要求的更多的字节分配，这是为了优化目的。在32位边界上不寻址字节通常很昂贵，在x64 CPU上不在64位边界上寻址字节会导致异常。（谈到英特尔平台。）

- nothrow