std::vector< bool >因为底层不是直接存储了1字节的bool，而是存储了bit位，通常导致使用方式不当会产生奇奇怪怪的问题，所以总结一下。

std::vector< bool >的源码分析

std::vector<bool>，是类 sd::vector<T,std::allocator<T>> 的部分特化，为了节省内存，内部实际上是按bit来表征bool类型。从底层实现来看，std::vector<bool> 可视为动态的std::bitset，只是接口符合 std::vector，换个名字表达为 DynamicBitset 更为合理。

_Bit_type：std::vecotr<bool>实际存储的底层数据类型的bit大小

在C++标准中，并没有单独的bit类型。

GNU-STL使用一个typedef，将 unsigned long 定义为 _Bit_type，这样一个_Bit_type 就有64bit，也就可以存储64个bool类型变量。

typedef unsigned long _Bit_type;  // _Bit_typeenum{_S_word_bit = int(__CHAR_BIT__ * sizeof(_Bit_type))// 一个 _Bit_type 类型能存储 _S_word_bit 个bit// 注意：在X86-64位CPU上，unsigned long 类型在 MSVC中4个字节（不太符合常规），在GCC中8个字节。};

因此，当 std::vector<bool>要存储__n个bool类型时，底层实际上只需要__n个bit。

那__n个bit对应多少个_Bit_type呢？

static成员函数_S_nword：求需要多少个_Bit_type

在 std::_Bvector_base 类中有个static成员函数 _S_nword ，其返回值就是 __n 个bit所需的 _Bit_type个数。

// std::_Bvector_base 后文分析template <typename _Alloc>size_t _Bvector_base::_S_nword(size_t __n){ return (__n + int(_S_word_bit) - 1) / int(_S_word_bit); }

std::_Bit_reference：实现bool与_Bit_type的映射

怎么将一个bool类型变量映射到_Bit_type中每一个bit，这由类 std::_Bit_reference 实现的。

类 std::_Bit_reference 是 std::vector<bool> 中的基本存储单位。 比如，std::vector<bool>的 operator[]函数返回值类型就是std::_Bit_reference，而不是 bool 类型 。

typedef _Bit_reference reference;reference operator[]( size_type pos );
const_reference operator[]( size_type pos ) const;

使用auto对std::vector<bool>进行推导，获得的是std::_Bit_reference 类型，而不是bool类型。

为了让 operator[] 的返回值能和bool类型变量表现得一致，std::_Bit_reference 就必须满足两点：

1. std::_Bit_reference能隐式转换为bool类型
2. 能接受bool类型赋值

在类 std::_Bit_reference 内部有两个字段：

_M_p：_Bit_type*类型，指向的 _Bit_type 类型数据内存
_M_mask：_Bit_type类型，用于指示_M_p的每一位是0还是1，即false 还是 true
通过这两个字段，将一个bool类型变量映射到_M_p上的某个bit。

  struct _Bit_reference{_Bit_type* _M_p;_Bit_type  _M_mask;_Bit_reference(_Bit_type *__x, _Bit_type __y): _M_p(__x), _M_mask(__y) {}_Bit_reference() noexcept : _M_p(0), _M_mask(0) {}_Bit_reference(const _Bit_reference &) = default;// 隐式转成 bool// bool state = vb[1]; 触发的就是此函数operator bool() const noexcept{ return !!(*_M_p & _M_mask); }// 将 _M_p 的 _M_mask 位，设置为 _x 状态// vb[1] = true; 触发的就是此函数_Bit_reference& operator=(bool __x) noexcept{if (__x)*_M_p |= _M_mask;  // 1else*_M_p &= ~_M_mask;return *this;}// 这个函数实际上调用了：//   1. 先调用了 operator bool() const noexcept//   2. 在调用了 _Bit_reference& operator=(bool __x) noexcept_Bit_reference& operator=(const _Bit_reference &__x) noexcept{ return *this = bool(__x); }bool operator==(const _Bit_reference &__x) const{ return bool(*this) == bool(__x); }bool operator<(const _Bit_reference &__x) const{ return !bool(*this) && bool(__x); }void flip() noexcept{ *_M_p ^= _M_mask; }};

剩余源码分析见原文。

内存分配总结

std::vector<bool> 的全称是 std::vector<bool, std::allocator<bool>>，最初传入的分配器是std::allocator<bool>，是为bool类型变量分配内存的。

但由STL对bool类型做了特化，内部并不是存储bool类型，而是_Bit_type类型，因此 std::allocator 现在需要为_Bit_type类型分配内存，这就需要通过 rebind 函数来获得 std::allocator<_Bit_type> 。

源码分析总结

获得 _Bit_reference 对象
首先根据__n 定位到具体的第几个_Bit_type对象及其具体的某位，最终返回的是 _Bit_reference类型：

  *iterator(this->_M_impl._M_start._M_p + __n / int(_S_word_bit),__n % int(_S_word_bit));

注意，返回的_Bit_reference 是由如下函数得到的：

  reference std::_Bit_iterator::operator*() const{ return reference(_M_p, 1UL << _M_offset); }

也就是说，返回的_Bit_reference对象的_M_mask字段中， 仅需要改变值的那位是1，其他位置都是0。

给_Bit_reference对象赋值

_Bit_reference& _Bit_reference::operator=(bool __x) noexcept
{if (__x)*_M_p |= _M_mask;  else*_M_p &= ~_M_mask;return *this;
}

此时调用的是_Bit_reference 的operator=函数，仅改变需要改变的那位，对其他bit不会改变。

原文链接： https://leetcode.cn/circle/discuss/dGSFg1/