{"id":1917,"date":"2013-06-05T13:18:39","date_gmt":"2013-06-05T11:18:39","guid":{"rendered":"http:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/?p=1917"},"modified":"2013-06-05T13:18:39","modified_gmt":"2013-06-05T11:18:39","slug":"die-klasse-bitset-fr-bitmengen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/2013\/06\/die-klasse-bitset-fr-bitmengen\/","title":{"rendered":"Die Klasse BitSet f&uuml;r Bitmengen"},"content":{"rendered":"<p>Die Klasse BitSet ist eine platzsparende und performante Alternative zu boolean-Arrays und bietet komfortable M\u00f6glichkeiten zur bitweisen Manipulation von Daten. Beliebig viele Bits lassen sich wie in anderen dynamischen Datenstrukturen hinzuf\u00fcgen und verwalten. Die Methoden von BitSet lesen und modifizieren die einzelnen Bits leicht und f\u00fchren Mengenoperationen durch. Auch wenn der Klassenname auf \u201eSet\u201c endet, ist BitSet keine Implementierung der Set-Schnittstelle und sogar ein ein bisschen irref\u00fchrend, da ein Set Elemente nur einmal enthalten kann, in BitSet aber nat\u00fcrlich beliebig viele Nullen und Einsen vorkommen k\u00f6nnen, in dem die Reihenfolge auch eine elementare Rolle spielt.<\/p>\n<p><strong>Ein BitSet anlegen<\/strong><\/p>\n<p>Ein leeres BitSet wird mit dem Standard-Konstruktor angelegt. Ein weiterer Konstruktor erlaubt eine Startgr\u00f6\u00dfe, die ein Vergr\u00f6\u00dfern der internen Datenstruktur aufschiebt.<\/p>\n<p>class java.util.BitSet   <br \/>implements Cloneable, Serializable<\/p>\n<p>\u00a7 BitSet()   <br \/>Erzeugt ein neues BitSet-Objekt.<\/p>\n<p>\u00a7 BitSet(int nbits)   <br \/>Erzeugt ein BitSet mit der vorgegebenen Gr\u00f6\u00dfe von nbits. Alle Bits sind am Anfang auf false gesetzt. Ist die Gr\u00f6\u00dfe kleiner null, so wird eine NegativeArraySizeException ausgel\u00f6st.<\/p>\n<p>Weiterhin gibt es die statischen Methoden BitSet valueOf(long[])\/valueOf(byte[])\/valueOf(ByteBuffer)\/valueOf(LongBuffer) um Bit-Mengen aus anderen Quellen zu importieren. Es exportieren dann das BitSet mit toByteArray() in ein byte[] und toLongArray() in ein long[].<\/p>\n<h5><strong>BitSet f\u00fcllen und Zust\u00e4nde erfragen<\/strong><\/h5>\n<p>Jedes Bit an einer Position besitzt zwei Zust\u00e4nde: gesetzt oder nicht gesetzt. Dies bringt es in die N\u00e4he der booleschen Werte, die ebenso zwei Zust\u00e4nde besitzen. Mit zwei Methoden lassen sich die Bits des BitSet leicht \u00e4ndern: set(bitPosition) und clear(bitPosition). Da der Bit-Container automatisch wachsen kann, ist es problemlos m\u00f6glich, in einem BitSet-Exemplar mit 100 Bit das Bit 300 zu setzen. Das Objekt wird automatisch mit 200 false-Bits aufgef\u00fcllt, bevor das Bit 300 gesetzt wird.<\/p>\n<p>Die Abfrage, ob ein Bit gesetzt ist, erfolgt mit der Methode get(bitPosition). Sie gibt true zur\u00fcck, falls das Bit gesetzt ist, andernfalls false.<\/p>\n<p>Beispiel: Setze in einem BitSet das erste und das dritte Bit:<\/p>\n<p>BitSet bs = new BitSet();   <br \/>bs.set( 0 );    <br \/>bs.set( 2 );    <br \/>System.out.println( bs.get(0) ); \/\/ true    <br \/>System.out.println( bs.get(1) ); \/\/ false    <br \/>System.out.println( bs.nextSetBit(1) ); \/\/ 2<\/p>\n<p>class java.util.BitSet   <br \/>implements Cloneable, Serializable<\/p>\n<p>\u00a7 boolean get(int bitIndex)   <br \/>Liefert den Wert des Bits am \u00fcbergebenen Index. Kann bei negativem Index wieder eine IndexOutOfBoundsException ausl\u00f6sen.<\/p>\n<p>\u00a7 BitSet get(int fromIndex, int toIndex)   <br \/>Liefert ein neues BitSet-Objekt mit den ausgew\u00e4hlten Bits.<\/p>\n<p>\u00a7 void set(int bitIndex)<\/p>\n<p>\u00a7 clear(int bitIndex)   <br \/>Setzt oder l\u00f6scht ein Bit. Ist der Index negativ, wird eine IndexOutOfBoundsException ausgel\u00f6st.<\/p>\n<p>\u00a7 void set(int bitIndex, boolean value)   <br \/>Setzt den Wahrheitswert value an die Stelle bitIndex.<\/p>\n<p>\u00a7 void set(int fromIndex, int toIndex)<\/p>\n<p>\u00a7 clear(int fromIndex, int toIndex)   <br \/>Setzt oder l\u00f6scht Bits im ausgewiesenen Bereich.<\/p>\n<p>\u00a7 void set(int fromIndex, int toIndex, boolean value)   <br \/>Setzt den Wahrheitswert value im ausgew\u00e4hlten Bereich.<\/p>\n<p>\u00a7 void flip(int bitIndex)   <br \/>Setzt das Bit an der Stelle bitIndex auf das Komplement. Aus true wird false, und aus false wird true.<\/p>\n<p>\u00a7 void flip(int fromIndex, int toIndex)   <br \/>Setzt alle Bits im gegebenen Bereich auf das Komplement.<\/p>\n<p>\u00a7 int nextSetBit(int fromIndex)\/previousSetBit(int fromIndex)<\/p>\n<p>\u00a7 int nextClearBit(int fromIndex)\/previousClearBit(int fromIndex)   <br \/>Liefert den Index des n\u00e4chsen\/vorangenden als true bzw. false gesetzten Bits ab fromIndex. Gibt es keine Position, ist die R\u00fcckgabe \u20131. Der Index ist inklusiv.<\/p>\n<h5><strong>Mengenorientierte Operationen<\/strong><\/h5>\n<p>Das BitSet erlaubt mengenorientierte Operationen wie Und, Oder, Xor mit einem weiteren BitSet, etwa in der Methode and(BitSet). Jedes Bit des \u00fcbergebenen BitSet wird mit dem aktuellen Objekt in einer bestimmten Weise verkn\u00fcpft. Das Ergebnis der Operation wird dem aktuellen Objekt zugewiesen. Wichtige Operationen sind:<\/p>\n<p>\u00a7 Die Oder-Operation setzt das Bit, falls es im eigenen BitSet oder im zweiten BitSet gesetzt ist.<\/p>\n<p>\u00a7 Die Und-Operation setzt das Bit, falls es im eigenen Objekt und im zweiten BitSet gesetzt ist.<\/p>\n<p>\u00a7 Die Xor-Operation setzt das Bit, falls es nur in einem der beiden BitSet-Objekte gesetzt ist.<\/p>\n<p>Die Operationen bilden die Basis f\u00fcr die Mengenvereinigung, den Durchschnitt und den symmetrischen Durchschnitt.<\/p>\n<p>class java.util.BitSet   <br \/>implements Cloneable, Serializable<\/p>\n<p>\u00a7 void and(BitSet set)<\/p>\n<p>\u00a7 void or(BitSet set)<\/p>\n<p>\u00a7 void xor(BitSet set)   <br \/>Verkn\u00fcpft dieses BitSet-Exemplar per Und-, Oder-, Xor-Operation mit dem angegebenen BitSet-Objekt.<\/p>\n<p>\u00a7 void andNot(BitSet set)   <br \/>L\u00f6scht alle Bits im aktuellen BitSet, deren korrespondierendes Bit in set gesetzt ist.<\/p>\n<p>\u00a7 boolean intersects(BitSet set)   <br \/>Liefert true, wenn das eigene BitSet die gleichen gesetzten Bits wie set hat.<\/p>\n<h5><strong>Weitere Methoden von BitSet<\/strong><\/h5>\n<p>\u00dcber die Methode size() erfahren wir, wie viele Bits das BitSet zur internen Speicherung der Werte nutzt.<a href=\"file:\/\/\/C:\/Users\/Christian\/Dropbox\/Insel\/2\/#_ftn1_2765\" name=\"_ftnref1_2765\">[1]<\/a> Die Methode length() liefert die Position des h\u00f6chsten gesetzten Bits. Die Anzahl aller gesetzten Bits liefert cardinality().<\/p>\n<p>Beispiel<\/p>\n<p>Methoden size(), length() und cardinality() im Vergleich:<\/p>\n<p>BitSet bs = BitSet.valueOf( new byte[]{ 0b011001 } );<\/p>\n<p>System.out.println( bs.<b>size()<\/b> ); \/\/ 64<\/p>\n<p>System.out.println( bs.<b>length()<\/b> ); \/\/ 5<\/p>\n<p>System.out.println( bs.<b>cardinality()<\/b> ); \/\/ 3<\/p>\n<p>Die sonstigen Methoden von BitSet sind \u00fcberschaubar.<\/p>\n<p>class java.util.BitSet   <br \/>implements Cloneable, Serializable<\/p>\n<p>\u00a7 int size()   <br \/>Liefert den Platzbedarf in Bits f\u00fcr dieses BitSet.<\/p>\n<p>\u00a7 int cardinality()   <br \/>Liefert die Anzahl der Bits, die true sind.<\/p>\n<p>\u00a7 int length()   <br \/>Liefert die \u201eGr\u00f6\u00dfe\u201c des BitSet, also den Index des h\u00f6chsten gesetzten Bits.<\/p>\n<p>\u00a7 boolean clear()   <br \/>Leert den Container, indem alle Bits auf false gesetzt werden.<\/p>\n<p>\u00a7 boolean isEmpty()   <br \/>Liefert true, wenn keine Bits gesetzt sind.<\/p>\n<p>\u00a7 boolean equals(Object o)   <br \/>Vergleicht sich mit einem anderen BitSet-Objekt o.<\/p>\n<p>\u00a7 IntStream stream()   <br \/>Liefert einen Stream der Indexe mit gesetzten Bit, vom niedridsten zum h\u00f6chsten.<\/p>\n<p>Beispiel: Gib alle Postionen gesetzter Bytes aus und pr\u00fcfe, ob auf allen greaden Indexen das Bit gesetzt ist:<\/p>\n<p>boolean b = BitSet.valueOf( new byte[]{ 0b1010 } ).stream()<\/p>\n<p>.peek( System.out::println )<\/p>\n<p>.allMatch( i -&gt; (i &amp; 1) == 1 );<\/p>\n<p>Die Ausgabe wird hier sein: 1, 3.<\/p>\n<p><strong>Implementierungsdetails<\/strong><\/p>\n<p>Intern legt die Implementierung von BitSet die Bit-Sammlungen in einem long-Array ab. Um die Geschwindigkeit zu optimieren, sind die Methoden der Klasse BitSet nicht synchronisiert. Greift also ein Thread auf die Daten zu, w\u00e4hrend ein anderer modifiziert, kann es zu m\u00f6glichen Inkonsistenzen kommen.<\/p>\n<hr size=\"1\" width=\"33%\" \/>\n<p><a href=\"file:\/\/\/C:\/Users\/Christian\/Dropbox\/Insel\/2\/#_ftnref1_2765\" name=\"_ftn1_2765\">[1]<\/a> Es ist vergleichbar mit dem capacity()-Wert eines Vektors.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die Klasse BitSet ist eine platzsparende und performante Alternative zu boolean-Arrays und bietet komfortable M\u00f6glichkeiten zur bitweisen Manipulation von Daten. Beliebig viele Bits lassen sich wie in anderen dynamischen Datenstrukturen hinzuf\u00fcgen und verwalten. Die Methoden von BitSet lesen und modifizieren die einzelnen Bits leicht und f\u00fchren Mengenoperationen durch. Auch wenn der Klassenname auf \u201eSet\u201c endet, [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","_links_to":"","_links_to_target":""},"categories":[11,66],"tags":[],"class_list":["post-1917","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-insel","category-java-8"],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1917","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1917"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1917\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1917"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1917"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.tutego.de\/blog\/javainsel\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1917"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}