1. 简介
1.1 布尔类型的起源和重要性
布尔（Boolean）类型，命名自19世纪的数学家George Boole，是计算机科学中最基本的数据类型之一。它只有两个可能的值：真（True）和假（False）。
在日常生活中，我们经常面临二选一的决策，例如“是或否”、“开或关”等。布尔逻辑为我们提供了一种形式化的方法来表示和处理这些决策。例如，当我们使用电梯时，电梯门是开着的还是关着的？这可以用一个布尔变量来表示。
在C++中，布尔类型（bool）为我们提供了一种高效的方式来表示这些二元决策。它在内存中通常只占用一个字节，但它的影响力远超其大小。
“The laws of thought do not depend on the particular way in which the universe came into being.” - George Boole
1.2 C++中bool类型的基础知识
在C++中，布尔类型是一个基本数据类型，用关键字bool表示。它只有两个可能的值：true（真）和false（假）。
bool isOpen = true; // 电梯门是开着的 bool isClosed = false; // 电梯门是关着的
布尔类型在C++中的引入，为程序员提供了一种更为直观和简洁的方式来表示和处理逻辑决策。在早期的C语言中，布尔逻辑是通过整数来表示的，其中0表示假，非0值表示真。但这种方法不够直观，容易引起混淆。
布尔类型的引入，使得代码更加清晰和易于理解。例如，考虑以下两段代码：
// 使用整数表示布尔逻辑 int isTrue = 1; if (isTrue) { // do something } // 使用bool类型 bool isTrue = true; if (isTrue) { // do something }
尽管这两段代码在功能上是相同的，但使用bool类型的版本更为直观和易于理解。
布尔类型不仅仅是为了提供一个表示真和假的方式。它在C++中有着深厚的语义，与其他数据类型有着紧密的交互。例如，当我们使用关系运算符（如==、<等）时，结果是一个布尔值。
int a = 5; int b = 10; bool result = (a < b); // 结果为true，因为5小于10
这种交互为C++程序提供了强大的逻辑处理能力，使得代码更加简洁和高效。
“The art of programming is the art of organizing complexity, of mastering multitude and avoiding its bastard chaos as effectively as possible.” - Edsger W. Dijkstra
1.2.1 布尔类型与整数的转换
在C++中，布尔类型与整数之间有一个明确的转换规则。当一个布尔值被转换为整数时，true转换为1，false转换为0。反之，当一个整数被转换为布尔值时，0转换为false，非0值转换为true。
这种转换规则为C++程序提供了极大的灵活性，但也带来了一定的风险。例如，考虑以下代码：
int value = 10; if (value) { // 这段代码会执行，因为value是一个非0值 }
尽管这段代码在功能上是正确的，但它可能会引起混淆。为了避免这种混淆，最好明确地使用布尔值进行逻辑判断。
| 方法 | 描述 |
bool to int |
true转换为1，false转换为0 |
int to bool |
0转换为false，非0值转换为true |
这种转换规则确保了布尔类型与整数之间的一致性，但也要求程序员在编写代码时要格外小心，避免潜在的逻辑错误。
“Simplicity is a great virtue but it requires hard work to achieve it and education to appreciate it. And to make matters worse: complexity sells better.” - Edsger W. Dijkstra
接下来，我们将深入探讨布尔运算与逻辑操作，以及如何在C++中有效地使用布尔类型。
2. C++中的布尔类型基础
在我们日常生活中，我们经常面临需要做决策的情境，例如“是”或“否”，“正确”或“错误”。在C++中，这种二元选择被抽象为布尔（Boolean）类型。
2.1. 布尔类型的定义和大小
布尔类型在C++中由关键字 bool 表示。它只有两个可能的值：true 和 false。
bool isTrue = true; bool isFalse = false;
布尔类型的大小通常为1字节，但这取决于具体的编译器和平台。你可以使用 sizeof 运算符来确定布尔类型的大小。
std::cout << "Size of bool: " << sizeof(bool) << " bytes" << std::endl;
2.2. 布尔类型的真值和假值
在C++中，true 和 false 是布尔类型的字面量。但在实际应用中，任何非零值都被视为 true，而零值被视为 false。
bool a = 42; // true，因为42是非零值 bool b = 0; // false
这种行为源于C++的前身——C语言。在C语言中，没有明确的布尔类型，因此整数被用作布尔值，其中0表示 false，非零值表示 true。
2.3. 布尔类型与整数类型的转换
在C++中，布尔值可以与整数值进行隐式转换。当布尔值转换为整数时，true 被转换为1，false 被转换为0。
int x = true; // x 的值为 1 int y = false; // y 的值为 0
反过来，当整数值转换为布尔值时，0被转换为 false，所有非零值都被转换为 true。
bool m = 42; // m 的值为 true bool n = 0; // n 的值为 false
这种转换在条件语句中尤为有用。例如，我们可以使用整数值作为 if 语句的条件。
int count = 10; if (count) { std::cout << "Count is non-zero!" << std::endl; }
在上面的代码中，if (count) 实际上是检查 count 是否为非零值。
"代码是写给人看的，顺便给机器执行。" - Donald Knuth（《计算机程序设计艺术》的作者）
当我们从这个角度看待布尔类型与整数类型的转换时，我们可以更深入地理解其背后的逻辑。这种转换不仅仅是为了方便，更是为了使代码更具可读性和直观性。
2.3.1. 显式转换
尽管C++允许布尔值与整数值之间进行隐式转换，但在某些情况下，为了代码的清晰性，我们可能希望进行显式转换。
bool flag = static_cast<bool>(value);
"人的大脑并不是为了理解逻辑而进化的，而是为了生存。" - Daniel Kahneman（心理学家，诺贝尔经济学奖得主）
# 3. 布尔运算与逻辑操作
3.1 逻辑与、或、非操作
在C++中，布尔逻辑操作是编程的基石。它们允许我们根据一个或多个条件执行特定的代码段。
- 逻辑与 (AND) 操作：使用
&&符号。只有当两个操作数都为true时，结果才为true。
bool a = true; bool b = false; bool result = a && b; // 结果为 false
- 逻辑或 (OR) 操作：使用
||符号。只要其中一个操作数为true，结果就为true。
bool a = true; bool b = false; bool result = a || b; // 结果为 true
- 逻辑非 (NOT) 操作：使用
!符号。它会反转操作数的值。
bool a = true; bool result = !a; // 结果为 false
当我们面对复杂的决策时，这些操作符就像是我们思考过程中的"而且"、“或者"和"不是”。例如，当你决定是否出门时，你可能会考虑：“天气好而且我有空闲时间。”这与逻辑与操作相似。
3.2 布尔类型在条件语句中的应用
布尔逻辑在决策结构中扮演着关键角色，如 if、else if 和 else 语句。
int temperature = 25; if (temperature > 30) { // 太热了 } else if (temperature < 10) { // 太冷了 } else { // 温度适中 }
在这个例子中，我们基于温度值做出决策。这与我们在日常生活中的决策过程相似。我们经常基于多个条件来做出决策，这些条件可能是基于我们的经验、知识或直觉。
3.3 位操作与布尔类型
除了逻辑操作符外，C++还提供了位操作符，这些操作符在底层直接操作变量的位。
- 位与 (bitwise AND) 操作：使用
&符号。
int a = 5; // 二进制表示: 0101 int b = 3; // 二进制表示: 0011 int result = a & b; // 结果为 1，二进制表示: 0001
- 位或 (bitwise OR) 操作：使用
|符号。
int a = 5; // 二进制表示: 0101 int b = 3; // 二进制表示: 0011 int result = a | b; // 结果为 7，二进制表示: 0111
- 位非 (bitwise NOT) 操作：使用
~符号。
int a = 5; // 二进制表示: 0101 int result = ~a; // 结果的二进制表示: 1010
位操作在嵌入式编程中尤为重要，因为它们允许我们直接控制硬件的特定位。例如，当我们想要控制一个LED灯的亮度时，我们可能需要直接操作与该LED相关的寄存器的位。
“知其然，知其所以然” - 《论语》
通过深入了解布尔和位操作的工作原理，我们可以更有效地编写代码，并更好地理解其背后的逻辑。
通过这个图表，我们可以清晰地看到逻辑操作和位操作之间的关系和差异。这有助于我们更好地理解和应用这两种操作。
4. 随机布尔值的生成
在C++编程中，有时我们需要生成随机的布尔值。这可能是为了模拟某种随机事件，或者为了测试代码的不同执行路径。让我们深入探讨如何在C++中生成随机布尔值，并比较不同方法的优缺点。
4.1 使用std::uniform_int_distribution生成布尔值
当我们谈论随机数时，大多数人可能首先想到的是整数或浮点数。但是，布尔值（bool）也可以是随机的。在C++中，我们可以使用std::uniform_int_distribution来生成随机的整数值，然后将其转换为布尔值。
#include <random> std::mt19937 rng; // 随机数生成器 std::uniform_int_distribution<int> distr(0, 1); // 分布范围为0到1 bool randomBool = static_cast<bool>(distr(rng)); // 转换为布尔值
这种方法的优点是简单直观。但是，它可能不是最直接的方法，因为我们实际上是在生成一个随机整数，然后再将其转换为布尔值。
4.2 std::bernoulli_distribution的介绍和应用
与std::uniform_int_distribution不同，std::bernoulli_distribution是专门为生成布尔值设计的。它基于伯努利试验（Bernoulli trial），这是一个只有两种可能结果的随机试验。
std::bernoulli_distribution dist(0.5); // 50% 的概率生成 true bool randomBool = dist(rng);
这种方法更直接，因为它直接生成布尔值，而不需要任何转换。此外，它还允许我们指定生成true的概率，这在某些应用中可能非常有用。
当然，我为你详细介绍一下 std::bernoulli_distribution。
std::bernoulli_distribution 是一个随机数分布，用于生成布尔值。其工作原理基于伯努利试验，即只有两种可能结果的随机试验。这个分布只有一个参数 ( p )，表示生成 true 的概率。默认情况下，这个概率是 0.5，意味着生成 true 和 false 的概率都是 50%。
参数
- p (类型为
double)：生成true的概率。这个值应该在 [0, 1] 范围内。默认值为 0.5。
主要成员函数
- operator()：生成随机布尔值。如果生成的随机数小于 ( p )，返回
true，否则返回false。 - param：获取或设置当前的参数。
- reset：重置分布的内部状态。
注意事项
- 如果你为
std::bernoulli_distribution提供的参数 ( p ) 小于 0 或大于 1，将会导致未定义行为（Undefined Behavior, UB）。在实际应用中，UB 可能导致程序崩溃、返回错误的结果或其他难以预测的行为。 - 参数类型是
double。如果你传入其他类型的值，如float或int，这些值会被隐式转换为double类型。
示例
#include <iostream> #include <random> int main() { std::mt19937 rng(std::random_device{}()); std::bernoulli_distribution dist(0.7); // 70% 的概率生成 true int trueCount = 0; int falseCount = 0; for (int i = 0; i < 1000; ++i) { if (dist(rng)) { trueCount++; } else { falseCount++; } } std::cout << "True: " << trueCount << "\nFalse: " << falseCount << std::endl; return 0; }
在上述代码中，我们使用 std::bernoulli_distribution 生成了 1000 个随机布尔值，并统计了 true 和 false 的数量。
【C++ 基本类型 bool 】深入探索C++中的布尔类型Boolean（二）https://developer.aliyun.com/article/1467802
