C++，C++/CX に挑戦！

    ０１１０・・・０００００００１０００１０
    ↑↑　　　　　　　　　　　　　　↑↑↑↑
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜｜｜要素 0 を表すビット
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜｜｜
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜｜要素 1 を表すビット
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜｜
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜要素 2 を表すビット
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　｜
    ｜｜　　　　　　　　　　　　　　要素 3 を表すビット
    ｜｜
    ｜要素 30 を表すビット
    ｜
    要素 31 を表すビット

// BitSet.h
#ifndef ___Class_BitSet
#define ___Class_BitSet

#include <limits>
#include <string>
#include <iostream>

class BitSet {
    static const int LONG_BIT
        = std::numeric_limits<unsigned long>::digits;

    // 集合本体
    unsigned long bits;

    // v は要素として妥当か 
    static bool is_valid(int v) {
        return v >= 0 && v < LONG_BIT;
    }

    // 要素が e 一つだけの集合
    static unsigned long set_of(int e) {
        return 1UL << e;
    }

public:
    // 要素の値として許される最大値
    static int max_element() { return LONG_BIT - 1; }

    // 要素の値として許される最小値
    static int min_element() { return 0; }

    // デフォルトコンストラクタ
    BitSet() : bits(0UL) { }

    // コンストラクタ(受け取った配列を元に集合本体を生成)　
    BitSet(const int e[], int n) : bits(0UL) {
        for (int i = 0; i < n; i++)
            add(e[i]);
    }

    // 値 e は集合の要素か
    bool contains(int e) const {
        return is_valid(e) && (bits & set_of(e));
    }

    // 値 e を要素として追加
    void add(int e) {
        if (is_valid(e))
            bits |= set_of(e);
    }

    // 値 e を要素から削除
    void remove(int e) {
        if (is_valid(e))
            bits &= ~set_of(e);
    }

    // 空集合か
    bool empty() const {
        return !bits;
    }

    // 集合の要素数
    int size() const {
        int count = 0;
        unsigned long x = bits;
        while (x) { x &= x - 1; count++; }
        return count;
    }

    // 集合 r との積集合に更新
    BitSet& operator&=(const BitSet& r) {
        bits &= r.bits;
        return *this;
    }

    // 集合 r との和集合に更新
    BitSet& operator|=(const BitSet& r) {
        bits |= r.bits;
        return *this;
    }

    // 新版明解C++中級編では
    //     BitSet& operator^=(const BitSet& r)が
    //    「集合 r との差集合に更新」となっていますが誤植です。
    //     (私の本が古いのかも･･･中古本を買ったので)  (´・ω・`A
    // ﾃｷｽﾄ p.77 の ｢ bits ^= r.bits; で rとの差集合が得られる 」
    //     となっている部分は誤植です。
    //     正しくは、例えば「 bits &= ~r.bits 」です。
    BitSet& operator^=(const BitSet& r) {
        bits ^= r.bits;
        return *this;
    }

    // ﾃｷｽﾄにはありませんが、
    //     集合 r との差集合に更新する演算子関数として
    //     operator-=を定義しました｡
    BitSet& operator-=(const BitSet& r) {
        bits &= ~r.bits;
        return *this;
    }

    // 集合 r と等しいか
    bool operator==(const BitSet& r) const {
        return bits == r.bits;
    }

    // 集合 r と等しくないか
    bool operator!=(const BitSet& r) const {
        return bits != r.bits;
    }

    // "{ a, b, c }"タイプの文字列を作る。
    std::string to_string() const;

    // "11000･･･10100"タイプの文字列を作る。
    std::string bit_string() const;
};

// 挿入子 << の多重定義
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BitSet& x);

#endif


// BitSet.cpp
#include <sstream>
#include <iostream>
#include "BitSet.h"
using namespace std;

string BitSet::to_string() const {
    ostringstream s;
    int set[LONG_BIT];
    int count = 0;

    for (int i = 0; i < LONG_BIT; i++)
        if (bits & set_of(i)) set[count++] = i;

    s << "{";
    if (count) {
        for (int i = 0; i < count - 1; i++)
            s << set[i] << ", ";
        s << set[count - 1];
    }
    s << "}";

    return s.str();
}

string BitSet::bit_string() const {
    char bp[LONG_BIT + 1];

    for (int i = LONG_BIT - 1; i >= 0; i--)
        bp[LONG_BIT - i - 1] = (set_of(i) & bits) ? '1' : '0';
    bp[LONG_BIT] = '\0';

    return string(bp);
}

ostream& operator<<(ostream& os, const BitSet& x) {
    return os << x.to_string();
}


// BitSetTest.cpp
#include <iostream>
#include "BitSet.h"
using namespace std;

int main()
{
    BitSet b1;

    int a[] = { 0, 4, 5, 15, 31 };
    BitSet b2(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
    BitSet b3 = b2;

    cout << "b1 = " << b1 << '\n';
    cout << "     " << b1.bit_string() << '\n';
    cout << "b2 = " << b2 << '\n';
    cout << "     " << b2.bit_string() << '\n';
    cout << "b3 = " << b3 << '\n';
    cout << "     " << b3.bit_string() << "\n\n";

    b3.add(2); b3.add(6); b3.add(8);
    b3.remove(31);
    cout << "b3.add(2); b3.add(6); b3.add(8); b3.remove(31);"
         << '\n';
    cout << "b3 = " << b3 << '\n';
    cout << "     " << b3.bit_string() << "\n\n";

    cout << "この時点で…" << '\n';
    cout << "b2 = " << b2 << '\n';
    cout << "     " << b2.bit_string() << '\n';
    cout << "b3 = " << b3 << '\n';
    cout << "     " << b3.bit_string() << "\n\n";

    BitSet temp_b2 = b2;
    b2 ^= b3;
    cout << "◆ﾃｷｽﾄの b2 ^= b3 では…" << '\n';
    cout << "b2 = " << b2 << '\n';
    cout << "     " << b2.bit_string() << '\n';
    cout << "                      …差集合は得られない。"
         << '\n';

    b2 = temp_b2;
    b2 -= b3;
    cout << "◆差集合 (b2 - b3)" << '\n';
    cout << "  b2 -= b3;   多重定義した oparator-= を使用。"
         << '\n';
    cout << "b2 = " << b2 << '\n';
    cout << "     " << b2.bit_string() << "\n\n";
}




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