位图（BitMap）实现

位图（BitMap）实现

1. 位图简介

位图（BitMap）是一种高效的数据结构，用于存储和操作位（bit）数据。每个位可以表示一个布尔值（0 或 1），常用于去重、排序、快速查找等场景。

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2. 核心功能 ⚙️

• 设置位（Set）：将某一位设置为 1。
• 清除位（Clear）：将某一位设置为 0。
• 获取位（Get）：检查某一位是否为 1。
• 打印位图（Print）：以二进制形式打印位图。

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3. 代码实现

package MyStruct;

import lombok.Data;

/**
 * @Author：丁浩然
 * @Package：MyStruct
 * @Project：leetcode_algorithm
 * @name：MyBitMap
 * @Date：2025/2/18 2:53
 * @Filename：MyBitMap
 * @Purpose：实现一个简单的位图（BitMap）数据结构，用于高效地存储和操作位数据。
 */
@Data
public class MyBitMap {
    // 位图数据存储在一个字节数组中，每个字节可以存储8位
    public final byte[] bits;

    /**
     * 构造函数，初始化位图
     *
     * @param size 位图的大小（位数）
     */
    public MyBitMap(int size) {
        // 计算需要的字节数，每个字节可以存储8位
        // 例如，size=16需要2个字节，size=17需要3个字节
        bits = new byte[(size + 7) / 8];
    }

    /**
     * 将指定位置的位设置为1
     *
     * @param pos 要设置的位置（从0开始）
     */
    public void set(int pos) {
        // 计算字节索引：pos / 8
        int index = pos / 8;
        // 计算位偏移：pos % 8
        int offset = pos % 8;
        // 使用位操作符 | 将特定位设置为1
        bits[index] |= (1 << offset);
    }

    /**
     * 将指定位置的位设置为0
     *
     * @param pos 要清除的位置（从0开始）
     */
    public void clear(int pos) {
        // 计算字节索引：pos / 8
        int index = pos / 8;
        // 计算位偏移：pos % 8
        int offset = pos % 8;
        // 使用位操作符 & 和 ~ 将特定位设置为0
        bits[index] &= ~(1 << offset);
    }

    /**
     * 获取指定位置的位值
     *
     * @param pos 要获取的位置（从0开始）
     * @return 如果该位为1，返回true；否则返回false
     */
    public boolean get(int pos) {
        // 计算字节索引：pos / 8
        int index = pos / 8;
        // 计算位偏移：pos % 8
        int offset = pos % 8;
        // 使用位操作符 & 检查特定位是否为1
        return (bits[index] & (1 << offset)) != 0;
    }

    /**
     * 打印位图的二进制表示
     */
    public void print() {
        for (int i = 0; i < bits.length; i++) {
            // 将字节转换为8位二进制字符串，高位补0
            String binaryString = String.format("%8s", Integer.toBinaryString(bits[i] & 0xFF)).replace(' ', '0');
            // 打印每个字节的二进制表示
            System.out.println(binaryString);
        }
    }
}

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4. 流程图

以下是位图操作的流程图，使用 Mermaid 绘制：

5. 示例运行

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个大小为16的位图
        MyBitMap bitMap = new MyBitMap(16);

        // 设置第3位和第5位为1
        bitMap.set(3);
        bitMap.set(5);

        // 打印位图的二进制表示
        bitMap.print();

        // 获取第3位和第4位的值
        System.out.println("Bit at position 3: " + bitMap.get(3));
        System.out.println("Bit at position 4: " + bitMap.get(4));

        // 清除第3位
        bitMap.clear(3);

        // 再次获取第3位的值
        System.out.println("Bit at position 3 after clear: " + bitMap.get(3));
    }
}

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6. 输出结果

7. 总结

• 位图是一种高效的数据结构，适合处理大量布尔值。
• 通过位操作符（|、&、~、<<）可以快速设置、清除和检查特定位。