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C 语言位掩码进阶 ​

更新时间：2026-08-26。本文是 languages/c/ 主题高手层文档。

本文要回答的问题 ​

  • 怎么用一组 bit 表示"多选标志"？
  • 置位、清位、翻转、提取有哪些固定套路？
  • 位图为什么是"内存效率之王"？

一、标志位组合 ​

用一个整数的不同 bit 代表不同开关，一次就能组合传递多个标志：

c
enum { F_READ = 1 << 0, F_WRITE = 1 << 1, F_EXEC = 1 << 2 };
int flags = F_READ | F_EXEC;   /* 组合 */
if (flags & F_READ) { ... }    /* 判断 */
操作写法
置位`flags
清位flags &= ~BIT;
翻转flags ^= BIT;
判断if (flags & BIT)
提取字段(x >> shift) & mask

二、位图：紧凑集合 ​

用 N 个 bit 表示 N 个元素的"在不在"，32 位整数就是一个 32 元素集合：

  • 1 亿个布尔值：bool 数组要 100MB，位图只要 12.5MB。
  • 集合操作（并/交/差）用一条 |/&/&~ 一次处理 32 个元素。
  • 应用：内存页分配、布隆过滤器底层、大量开关的状态记录。

三、注意事项 ​

  • 掩码用 1u << k 而不是 1 << k（避免符号位问题），见 有符号与无符号。
  • 移位量 ≥ 位宽是未定义行为。
  • 大位图（>64 bit）用 uint64_t 数组或专门库。

实测：标志位与位图 ​

c
enum { F_READ = 1 << 0, F_WRITE = 1 << 1, F_EXEC = 1 << 2 };
int flags = F_READ | F_EXEC;          // 组合标志
flags |= F_WRITE;                      // 置位
flags &= ~F_READ;                      // 清位

uint32_t setA = 0b1010;   // 集合 {1, 3}
uint32_t setB = 0b0110;   // 集合 {1, 2}
uint32_t uni = setA | setB;   // 并集
uint32_t inter = setA & setB; // 交集

实测输出：

text
标志: flags=5, 可读=1 可写=0 可执行=1
置写清读后: 可读=0 可写=1
位图并集=14 交集=2

位图集合运算一次 |/& 处理 32 个元素——setA | setB 一条指令算完 32 个元素的并集，这是位图"内存效率 + 运算效率双冠"的体现。

四、与入门层的衔接 ​

一句话总结 ​

位掩码是"一个整数装一堆开关"的存储艺术：置位清位翻转提取四板斧 + 位图的紧凑集合，让标志组合和集合运算都快且省。

本文已完成填充：示例代码与实测数据已补齐。