如何在 C 中定义和使用位数组？

我想创建一个非常大的数组，在上面写入“0”和“1”。我正在尝试模拟一种称为随机顺序吸附的物理过程，其中长度为 2 的二聚体单位沉积在 n 维晶格的随机位置上，且彼此不重叠。当晶格上没有足够的空间来沉积更多二聚体时（晶格被堵塞），该过程就会停止。

最初，我从零格开始，二聚体由一对“1”表示。当每个二聚体沉积时，由于二聚体不能重叠，二聚体左侧的位点被封闭。所以我通过在晶格上沉积三个“1”来模拟这个过程。我需要多次重复整个模拟，然后计算出平均覆盖率％。

我已经使用一维和二维晶格的字符数组完成了此操作。目前，在处理 3D 问题和更复杂的概括之前，我正在尝试使代码尽可能高效。

这基本上就是一维代码的样子，经过简化：

int main()
{
    /* Define lattice */
    array = (char*)malloc(N * sizeof(char));

    total_c = 0;

    /* Carry out RSA multiple times */
    for (i = 0; i < 1000; i++)
        rand_seq_ads();

    /* Calculate average coverage efficiency at jamming */
    printf("coverage efficiency = %lf", total_c/1000);

    return 0;
}

void rand_seq_ads()
{
    /* Initialise array, initial conditions */
    memset(a, 0, N * sizeof(char));
    available_sites = N;
    count = 0;

    /* While the lattice still has enough room... */
    while(available_sites != 0)
    {
        /* Generate random site location */
        x = rand();

        /* Deposit dimer (if site is available) */
        if(array[x] == 0)
        {
            array[x] = 1;
            array[x+1] = 1;
            count += 1;
            available_sites += -2;
        }

        /* Mark site left of dimer as unavailable (if its empty) */
        if(array[x-1] == 0)
        {
            array[x-1] = 1;
            available_sites += -1;
        }
    }

    /* Calculate coverage %, and add to total */
    c = count/N
    total_c += c;
}

对于我正在做的实际项目，它不仅涉及二聚体，还涉及三聚体、四聚体以及各种形状和尺寸（针对 2D 和 3D）。

我希望我能够使用单个位而不是字节，但我一直在阅读，据我所知，一次只能更改 1 个字节，所以我需要做一些复杂的索引或者有更简单的方法吗？

感谢您的回答

如果我来得不是太晚的话this http://www.mathcs.emory.edu/%7Echeung/Courses/255/Syllabus/1-C-intro/bit-array.html页面给出了很棒的解释和示例。

一个数组int可以用来处理数组bits。假设大小为int to be 4 bytes，当我们谈论一个int，我们正在处理32 bits。说我们有int A[10]，意味着我们正在努力10*4*8 = 320 bits如下图所示：（数组的每个元素有4个大块，每个块代表一个byte每个较小的块代表一个bit)

因此，要设置k数组中的第 th 位A:

// NOTE: if using "uint8_t A[]" instead of "int A[]" then divide by 8, not 32
void  SetBit( int A[],  int k )
{
    int i = k/32;        //gives the corresponding index in the array A
    int pos = k%32;      //gives the corresponding bit position in A[i]

    unsigned int flag = 1;   // flag = 0000.....00001

    flag = flag << pos;      // flag = 0000...010...000   (shifted k positions)

    A[i] = A[i] | flag;      // Set the bit at the k-th position in A[i]
}

或缩短版本

void  SetBit( int A[],  int k )
{
    A[k/32] |= 1 << (k%32);  // Set the bit at the k-th position in A[i]
}

类似于清除kth bit:

void  ClearBit( int A[],  int k )                
{
    A[k/32] &= ~(1 << (k%32));
}

并测试是否kth bit:

int TestBit( int A[],  int k )
{
    return ( (A[k/32] & (1 << (k%32) )) != 0 ) ;     
}

如上所述，这些操作也可以写成宏：

// Due order of operation wrap 'k' in parentheses in case it
// is passed as an equation, e.g. i + 1, otherwise the first
// part evaluates to "A[i + (1/32)]" not "A[(i + 1)/32]"
#define SetBit(A,k)     ( A[(k)/32] |= (1 << ((k)%32)) )
#define ClearBit(A,k)   ( A[(k)/32] &= ~(1 << ((k)%32)) )
#define TestBit(A,k)    ( A[(k)/32] & (1 << ((k)%32)) )