| 1 | /*
|
|---|
| 2 | * SPDX-FileCopyrightText: 2018 Jaroslav Jindrak
|
|---|
| 3 | *
|
|---|
| 4 | * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
|
|---|
| 5 | */
|
|---|
| 6 |
|
|---|
| 7 | #ifndef LIBCPP_BITS_ADT_BITSET
|
|---|
| 8 | #define LIBCPP_BITS_ADT_BITSET
|
|---|
| 9 |
|
|---|
| 10 | #include <iosfwd>
|
|---|
| 11 | #include <string>
|
|---|
| 12 |
|
|---|
| 13 | namespace std
|
|---|
| 14 | {
|
|---|
| 15 | /**
|
|---|
| 16 | * 20.6, class template bitset:
|
|---|
| 17 | */
|
|---|
| 18 |
|
|---|
| 19 | template<size_t N>
|
|---|
| 20 | class bitset
|
|---|
| 21 | {
|
|---|
| 22 | public:
|
|---|
| 23 | class reference
|
|---|
| 24 | {
|
|---|
| 25 | friend class bitset;
|
|---|
| 26 |
|
|---|
| 27 | public:
|
|---|
| 28 | ~reference() noexcept = default;
|
|---|
| 29 |
|
|---|
| 30 | reference& operator=(bool val) noexcept
|
|---|
| 31 | {
|
|---|
| 32 | if (val)
|
|---|
| 33 | data_ |= mask_;
|
|---|
| 34 | else
|
|---|
| 35 | data_ &= ~mask_;
|
|---|
| 36 | }
|
|---|
| 37 |
|
|---|
| 38 | reference& operator=(const reference& other) noexcept
|
|---|
| 39 | {
|
|---|
| 40 | if (other)
|
|---|
| 41 | data_ |= mask_;
|
|---|
| 42 | else
|
|---|
| 43 | data_ &= ~mask_;
|
|---|
| 44 | }
|
|---|
| 45 |
|
|---|
| 46 | bool operator~() const noexcept
|
|---|
| 47 | {
|
|---|
| 48 | return data_ & mask_;
|
|---|
| 49 | }
|
|---|
| 50 |
|
|---|
| 51 | operator bool() const noexcept
|
|---|
| 52 | {
|
|---|
| 53 | return data_ & mask_;
|
|---|
| 54 | }
|
|---|
| 55 |
|
|---|
| 56 | reference& flip() noexcept
|
|---|
| 57 | {
|
|---|
| 58 | data_ ^= mask_;
|
|---|
| 59 |
|
|---|
| 60 | return *this;
|
|---|
| 61 | }
|
|---|
| 62 |
|
|---|
| 63 | private:
|
|---|
| 64 | reference() noexcept = delete;
|
|---|
| 65 |
|
|---|
| 66 | using data_type = typename bitset::data_type;
|
|---|
| 67 |
|
|---|
| 68 | data_type& data_;
|
|---|
| 69 | data_type mask_;
|
|---|
| 70 |
|
|---|
| 71 | reference(data_type& data, size_t idx)
|
|---|
| 72 | : data_{data}, mask_{bitset::one_ << idx}
|
|---|
| 73 | { /* DUMMY BODY */ }
|
|---|
| 74 | };
|
|---|
| 75 |
|
|---|
| 76 | /**
|
|---|
| 77 | * 20.6.1, constructors:
|
|---|
| 78 | */
|
|---|
| 79 |
|
|---|
| 80 | constexpr bitset() noexcept
|
|---|
| 81 | {
|
|---|
| 82 | init_(zero_);
|
|---|
| 83 | }
|
|---|
| 84 |
|
|---|
| 85 | constexpr bitset(unsigned long long val) noexcept
|
|---|
| 86 | {
|
|---|
| 87 | init_(val);
|
|---|
| 88 | }
|
|---|
| 89 |
|
|---|
| 90 | template<class Char, class Traits, class Allocator>
|
|---|
| 91 | explicit bitset(
|
|---|
| 92 | const basic_string<Char, Traits, Allocator>& str,
|
|---|
| 93 | typename basic_string<Char, Traits, Allocator>::size_type pos = 0,
|
|---|
| 94 | typename basic_string<Char, Traits, Allocator>::size_type n =
|
|---|
| 95 | basic_string<Char, Traits, Allocator>::npos,
|
|---|
| 96 | Char zero = Char('0'), Char one = Char('1')
|
|---|
| 97 | )
|
|---|
| 98 | {
|
|---|
| 99 | // TODO: throw out_of_range if pos > str.size()
|
|---|
| 100 |
|
|---|
| 101 | init_(zero_);
|
|---|
| 102 | auto len = n < (str.size() - pos) ? n : (str.size() - pos);
|
|---|
| 103 | len = len < N ? len : N;
|
|---|
| 104 |
|
|---|
| 105 | for (size_t i = 0, j = pos + len - 1; i < len; ++i, --j)
|
|---|
| 106 | {
|
|---|
| 107 | if (Traits::eq(str[j], zero))
|
|---|
| 108 | set(i, false);
|
|---|
| 109 | else if (Traits::eq(str[j], one))
|
|---|
| 110 | set(i, true);
|
|---|
| 111 | // TODO: else throw invalid_argument
|
|---|
| 112 | }
|
|---|
| 113 | }
|
|---|
| 114 |
|
|---|
| 115 | template<class Char>
|
|---|
| 116 | explicit bitset(
|
|---|
| 117 | const Char* str,
|
|---|
| 118 | typename basic_string<Char>::size_type n = basic_string<Char>::npos,
|
|---|
| 119 | Char zero = Char('0'), Char one = Char('1')
|
|---|
| 120 | )
|
|---|
| 121 | : bitset{
|
|---|
| 122 | n == basic_string<Char>::npos ? basic_string<Char>{str} : basic_string<Char>{str, n},
|
|---|
| 123 | 0, n, zero, one
|
|---|
| 124 | }
|
|---|
| 125 | { /* DUMMY BODY */ }
|
|---|
| 126 |
|
|---|
| 127 | /**
|
|---|
| 128 | * 20.6.2, bitset operations:
|
|---|
| 129 | */
|
|---|
| 130 |
|
|---|
| 131 | bitset<N>& operator&=(const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 132 | {
|
|---|
| 133 | for (size_t i = 0; i < data_size_; ++i)
|
|---|
| 134 | data_[i] &= rhs.data_[i];
|
|---|
| 135 |
|
|---|
| 136 | return *this;
|
|---|
| 137 | }
|
|---|
| 138 |
|
|---|
| 139 | bitset<N>& operator|=(const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 140 | {
|
|---|
| 141 | for (size_t i = 0; i < data_size_; ++i)
|
|---|
| 142 | data_[i] |= rhs.data_[i];
|
|---|
| 143 |
|
|---|
| 144 | return *this;
|
|---|
| 145 | }
|
|---|
| 146 |
|
|---|
| 147 | bitset<N>& operator^=(const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 148 | {
|
|---|
| 149 | for (size_t i = 0; i < data_size_; ++i)
|
|---|
| 150 | data_[i] ^= rhs.data_[i];
|
|---|
| 151 |
|
|---|
| 152 | return *this;
|
|---|
| 153 | }
|
|---|
| 154 |
|
|---|
| 155 | bitset<N>& operator<<=(size_t pos) noexcept
|
|---|
| 156 | {
|
|---|
| 157 | for (size_t i = N; i > 1; --i)
|
|---|
| 158 | {
|
|---|
| 159 | if (i < pos)
|
|---|
| 160 | set(i - 1, false);
|
|---|
| 161 | else
|
|---|
| 162 | set(i - 1, test(i - 1 - pos));
|
|---|
| 163 | }
|
|---|
| 164 |
|
|---|
| 165 | return *this;
|
|---|
| 166 | }
|
|---|
| 167 |
|
|---|
| 168 | bitset<N>& operator>>=(size_t pos) noexcept
|
|---|
| 169 | {
|
|---|
| 170 | for (size_t i = 0; i < N; ++i)
|
|---|
| 171 | {
|
|---|
| 172 | if (pos >= N - i)
|
|---|
| 173 | set(i, false);
|
|---|
| 174 | else
|
|---|
| 175 | set(i, test(i + pos));
|
|---|
| 176 | }
|
|---|
| 177 |
|
|---|
| 178 | return *this;
|
|---|
| 179 | }
|
|---|
| 180 |
|
|---|
| 181 | bitset<N>& set() noexcept
|
|---|
| 182 | {
|
|---|
| 183 | for (size_t i = 0; i < N; ++i)
|
|---|
| 184 | set(i);
|
|---|
| 185 |
|
|---|
| 186 | return *this;
|
|---|
| 187 | }
|
|---|
| 188 |
|
|---|
| 189 | bitset<N>& set(size_t pos, bool val = true)
|
|---|
| 190 | {
|
|---|
| 191 | // TODO: throw out_of_range if pos > N
|
|---|
| 192 | set_bit_(get_data_idx_(pos), get_bit_idx_(pos), val);
|
|---|
| 193 |
|
|---|
| 194 | return *this;
|
|---|
| 195 | }
|
|---|
| 196 |
|
|---|
| 197 | bitset<N>& reset() noexcept
|
|---|
| 198 | {
|
|---|
| 199 | for (size_t i = 0; i < N; ++i)
|
|---|
| 200 | reset(i);
|
|---|
| 201 |
|
|---|
| 202 | return *this;
|
|---|
| 203 | }
|
|---|
| 204 |
|
|---|
| 205 | bitset<N>& reset(size_t pos)
|
|---|
| 206 | {
|
|---|
| 207 | set_bit_(get_data_idx_(pos), get_bit_idx_(pos), false);
|
|---|
| 208 |
|
|---|
| 209 | return *this;
|
|---|
| 210 | }
|
|---|
| 211 |
|
|---|
| 212 | bitset<N> operator~() const noexcept
|
|---|
| 213 | {
|
|---|
| 214 | bitset<N> res{*this};
|
|---|
| 215 |
|
|---|
| 216 | return res.flip();
|
|---|
| 217 | }
|
|---|
| 218 |
|
|---|
| 219 | bitset<N>& flip() noexcept
|
|---|
| 220 | {
|
|---|
| 221 | for (size_t i = 0; i < N; ++i)
|
|---|
| 222 | flip(i);
|
|---|
| 223 |
|
|---|
| 224 | return *this;
|
|---|
| 225 | }
|
|---|
| 226 |
|
|---|
| 227 | bitset<N>& flip(size_t pos)
|
|---|
| 228 | {
|
|---|
| 229 | return set(pos, !test(pos));
|
|---|
| 230 | }
|
|---|
| 231 |
|
|---|
| 232 | constexpr bool operator[](size_t pos) const
|
|---|
| 233 | {
|
|---|
| 234 | /**
|
|---|
| 235 | * Note: The standard doesn't mention any exception
|
|---|
| 236 | * here being thrown at any time, so we shouldn't
|
|---|
| 237 | * use test().
|
|---|
| 238 | */
|
|---|
| 239 | return get_bit_(data_[get_data_idx_(pos)], get_bit_idx_(pos));
|
|---|
| 240 | }
|
|---|
| 241 |
|
|---|
| 242 | reference operator[](size_t pos)
|
|---|
| 243 | {
|
|---|
| 244 | return reference{data_[get_data_idx_(pos)], get_bit_idx_(pos)};
|
|---|
| 245 | }
|
|---|
| 246 |
|
|---|
| 247 | unsigned long to_ulong() const
|
|---|
| 248 | {
|
|---|
| 249 | // TODO: throw overflow_error if N > bits in ulong
|
|---|
| 250 | return static_cast<unsigned long>(data_[0]);
|
|---|
| 251 | }
|
|---|
| 252 |
|
|---|
| 253 | unsigned long long to_ullong() const
|
|---|
| 254 | {
|
|---|
| 255 | // TODO: throw overflow_error if N > bits_in_data_type_
|
|---|
| 256 | return data_[0];
|
|---|
| 257 | }
|
|---|
| 258 |
|
|---|
| 259 | template<
|
|---|
| 260 | class Char = char,
|
|---|
| 261 | class Traits = char_traits<Char>,
|
|---|
| 262 | class Allocator = allocator<Char>
|
|---|
| 263 | >
|
|---|
| 264 | basic_string<Char, Traits, Allocator> to_string(Char zero = Char('0'),
|
|---|
| 265 | Char one = Char('1')) const
|
|---|
| 266 | {
|
|---|
| 267 | basic_string<Char, Traits, Allocator> res{};
|
|---|
| 268 | res.reserve(N);
|
|---|
| 269 | for (size_t i = N; i > 0; --i)
|
|---|
| 270 | {
|
|---|
| 271 | if (test(i - 1))
|
|---|
| 272 | res.push_back(one);
|
|---|
| 273 | else
|
|---|
| 274 | res.push_back(zero);
|
|---|
| 275 | }
|
|---|
| 276 |
|
|---|
| 277 | return res;
|
|---|
| 278 | }
|
|---|
| 279 |
|
|---|
| 280 | size_t count() const noexcept
|
|---|
| 281 | {
|
|---|
| 282 | size_t res{};
|
|---|
| 283 | for (size_t i = 0; i < N; ++i)
|
|---|
| 284 | {
|
|---|
| 285 | if (test(i))
|
|---|
| 286 | ++res;
|
|---|
| 287 | }
|
|---|
| 288 |
|
|---|
| 289 | return res;
|
|---|
| 290 | }
|
|---|
| 291 |
|
|---|
| 292 | constexpr size_t size() const noexcept
|
|---|
| 293 | {
|
|---|
| 294 | return N;
|
|---|
| 295 | }
|
|---|
| 296 |
|
|---|
| 297 | bool operator==(const bitset<N>& rhs) const noexcept
|
|---|
| 298 | {
|
|---|
| 299 | for (size_t i = 0; i < data_size_; ++i)
|
|---|
| 300 | {
|
|---|
| 301 | if (data_[i] != rhs.data_[i])
|
|---|
| 302 | return false;
|
|---|
| 303 | }
|
|---|
| 304 |
|
|---|
| 305 | return true;
|
|---|
| 306 | }
|
|---|
| 307 |
|
|---|
| 308 | bool operator!=(const bitset<N>& rhs) const noexcept
|
|---|
| 309 | {
|
|---|
| 310 | return !(*this == rhs);
|
|---|
| 311 | }
|
|---|
| 312 |
|
|---|
| 313 | bool test(size_t pos) const
|
|---|
| 314 | {
|
|---|
| 315 | // TODO: throw out of range if pos > N
|
|---|
| 316 | return get_bit_(data_[get_data_idx_(pos)], get_bit_idx_(pos));
|
|---|
| 317 | }
|
|---|
| 318 |
|
|---|
| 319 | bool all() const noexcept
|
|---|
| 320 | {
|
|---|
| 321 | return count() == size();
|
|---|
| 322 | }
|
|---|
| 323 |
|
|---|
| 324 | bool any() const noexcept
|
|---|
| 325 | {
|
|---|
| 326 | return count() != 0;
|
|---|
| 327 | }
|
|---|
| 328 |
|
|---|
| 329 | bool none() const noexcept
|
|---|
| 330 | {
|
|---|
| 331 | return count() == 0;
|
|---|
| 332 | }
|
|---|
| 333 |
|
|---|
| 334 | bitset<N> operator<<(size_t pos) const noexcept
|
|---|
| 335 | {
|
|---|
| 336 | return bitset<N>{*this} <<= pos;
|
|---|
| 337 | }
|
|---|
| 338 |
|
|---|
| 339 | bitset<N> operator>>(size_t pos) const noexcept
|
|---|
| 340 | {
|
|---|
| 341 | return bitset<N>{*this} >>= pos;
|
|---|
| 342 | }
|
|---|
| 343 |
|
|---|
| 344 | private:
|
|---|
| 345 | /**
|
|---|
| 346 | * While this might be a bit more wasteful
|
|---|
| 347 | * than using unsigned or unsigned long,
|
|---|
| 348 | * it will make parts of out code easier
|
|---|
| 349 | * to read.
|
|---|
| 350 | */
|
|---|
| 351 | using data_type = unsigned long long;
|
|---|
| 352 |
|
|---|
| 353 | static constexpr size_t bits_in_data_type_ = sizeof(data_type) * 8;
|
|---|
| 354 | static constexpr size_t data_size_ = N / bits_in_data_type_ + 1;
|
|---|
| 355 |
|
|---|
| 356 | /**
|
|---|
| 357 | * These are useful for masks, if we use literals
|
|---|
| 358 | * then forgetting to add ULL or changing the data
|
|---|
| 359 | * type could result in wrong indices being computed.
|
|---|
| 360 | */
|
|---|
| 361 | static constexpr data_type zero_ = data_type{0};
|
|---|
| 362 | static constexpr data_type one_ = data_type{1};
|
|---|
| 363 |
|
|---|
| 364 | data_type data_[data_size_];
|
|---|
| 365 |
|
|---|
| 366 | void init_(data_type val)
|
|---|
| 367 | {
|
|---|
| 368 | data_type mask{~zero_};
|
|---|
| 369 | if (N < bits_in_data_type_)
|
|---|
| 370 | mask >>= N;
|
|---|
| 371 | data_[0] = val & mask;
|
|---|
| 372 |
|
|---|
| 373 | for (size_t i = 1; i < data_size_; ++i)
|
|---|
| 374 | data_[i] = data_type{};
|
|---|
| 375 | }
|
|---|
| 376 |
|
|---|
| 377 | size_t get_data_idx_(size_t pos) const
|
|---|
| 378 | {
|
|---|
| 379 | return pos / bits_in_data_type_;
|
|---|
| 380 | }
|
|---|
| 381 |
|
|---|
| 382 | size_t get_bit_idx_(size_t pos) const
|
|---|
| 383 | {
|
|---|
| 384 | return pos % bits_in_data_type_;
|
|---|
| 385 | }
|
|---|
| 386 |
|
|---|
| 387 | bool get_bit_(data_type data, size_t bit_idx) const
|
|---|
| 388 | {
|
|---|
| 389 | return data & (one_ << bit_idx);
|
|---|
| 390 | }
|
|---|
| 391 |
|
|---|
| 392 | void set_bit_(size_t data_idx, size_t bit_idx, bool val)
|
|---|
| 393 | {
|
|---|
| 394 | if (val)
|
|---|
| 395 | data_[data_idx] |= (one_ << bit_idx);
|
|---|
| 396 | else
|
|---|
| 397 | data_[data_idx] &= ~(one_ << bit_idx);
|
|---|
| 398 | }
|
|---|
| 399 | };
|
|---|
| 400 |
|
|---|
| 401 | /**
|
|---|
| 402 | * 20.6.3 hash support:
|
|---|
| 403 | */
|
|---|
| 404 |
|
|---|
| 405 | template<class T>
|
|---|
| 406 | struct hash;
|
|---|
| 407 |
|
|---|
| 408 | template<size_t N>
|
|---|
| 409 | struct hash<bitset<N>>
|
|---|
| 410 | {
|
|---|
| 411 | size_t operator()(const bitset<N>& set) const noexcept
|
|---|
| 412 | {
|
|---|
| 413 | return hash<unsigned long long>{}(set.to_ullong());
|
|---|
| 414 | }
|
|---|
| 415 |
|
|---|
| 416 | using argument_type = bitset<N>;
|
|---|
| 417 | using result_type = size_t;
|
|---|
| 418 | };
|
|---|
| 419 |
|
|---|
| 420 | /**
|
|---|
| 421 | * 20.6.4, bitset operators:
|
|---|
| 422 | */
|
|---|
| 423 |
|
|---|
| 424 | template<size_t N>
|
|---|
| 425 | bitset<N> operator&(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 426 | {
|
|---|
| 427 | return bitset<N>{lhs} &= rhs;
|
|---|
| 428 | }
|
|---|
| 429 |
|
|---|
| 430 | template<size_t N>
|
|---|
| 431 | bitset<N> operator|(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 432 | {
|
|---|
| 433 | return bitset<N>{lhs} |= rhs;
|
|---|
| 434 | }
|
|---|
| 435 |
|
|---|
| 436 | template<size_t N>
|
|---|
| 437 | bitset<N> operator^(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs) noexcept
|
|---|
| 438 | {
|
|---|
| 439 | return bitset<N>{lhs} ^= rhs;
|
|---|
| 440 | }
|
|---|
| 441 |
|
|---|
| 442 | template<class Char, class Traits, size_t N>
|
|---|
| 443 | basic_istream<Char, Traits>&
|
|---|
| 444 | operator>>(basic_istream<Char, Traits>& is, bitset<N>& set)
|
|---|
| 445 | {
|
|---|
| 446 | size_t i{};
|
|---|
| 447 | Char c{};
|
|---|
| 448 | Char zero{is.widen('0')};
|
|---|
| 449 | Char one{is.widen('1')};
|
|---|
| 450 |
|
|---|
| 451 | basic_string<Char, Traits> str{};
|
|---|
| 452 | while (i < N)
|
|---|
| 453 | {
|
|---|
| 454 | if (is.eof())
|
|---|
| 455 | break;
|
|---|
| 456 |
|
|---|
| 457 | is.get(c);
|
|---|
| 458 |
|
|---|
| 459 | if (!Traits::eq(c, one) && !Traits::eq(c, zero))
|
|---|
| 460 | {
|
|---|
| 461 | is.putback(c);
|
|---|
| 462 | break;
|
|---|
| 463 | }
|
|---|
| 464 |
|
|---|
| 465 | str.push_back(c);
|
|---|
| 466 | ++i;
|
|---|
| 467 | }
|
|---|
| 468 |
|
|---|
| 469 | if (i == 0)
|
|---|
| 470 | is.setstate(ios_base::failbit);
|
|---|
| 471 |
|
|---|
| 472 | set = bitset<N>{str};
|
|---|
| 473 |
|
|---|
| 474 | return is;
|
|---|
| 475 | }
|
|---|
| 476 |
|
|---|
| 477 | template<class Char, class Traits, size_t N>
|
|---|
| 478 | basic_ostream<Char, Traits>&
|
|---|
| 479 | operator<<(basic_ostream<Char, Traits>& os, const bitset<N>& set)
|
|---|
| 480 | {
|
|---|
| 481 | return os << set.template to_string<Char, Traits, allocator<Char>>(
|
|---|
| 482 | use_facet<ctype<Char>>(os.getloc()).widen('0'),
|
|---|
| 483 | use_facet<ctype<Char>>(os.getloc()).widen('1')
|
|---|
| 484 | );
|
|---|
| 485 | }
|
|---|
| 486 | }
|
|---|
| 487 |
|
|---|
| 488 | #endif
|
|---|