JavaScriptでのビットマップの実装

位マップは、重複しないデータの範囲を非常に効率的に圧縮することができます。また、ブール値の集合を優雅に表現することもでき、スペースを節約し、クエリの速度も速くなります。

アプリケーションシナリオ#

集合操作

• 重複の削除：位マップは、大量のデータを処理する際に、特定のデータが既に現れたかどうかを記録するために使用できます。

• 共通部分、和集合、差集合：位マップは、集合の共通部分、和集合、差集合を処理する際に非常に効率的です。
ブール配列

• ブールフラグ：位マップは、多数のブールフラグを表現するために使用できます。例えば、コンパイラでは、変数が使用されているかどうかを記録します。

• タスクの状態：位マップは、タスクやプロセスの状態を表現するために使用できます。例えば、タスクが完了したかどうかを示します。
スペースの最適化

• メモリ管理：オペレーティングシステムでは、位マップはメモリ割り当てを管理するためによく使用されます。どのメモリブロックが使用されているかを記録します。

• ディスクスペースの管理：位マップは、ディスクブロックの使用状況を記録するために使用されます。どのブロックが空いていて、どのブロックが使用されているかを示します。
データフィルタリング

• ブルームフィルタ（Bloom Filter）：ブルームフィルタは、複数の位マップを使用して、要素が集合に存在するかどうかを高速に判断するために使用されます。効率的でメモリ使用量も少ない利点があります。
並列計算

• スレッド管理：位マップは、スレッドの状態を管理するために使用されます。どのスレッドがアクティブで、どのスレッドが完了しているかを示します。
画像処理

• 画像表現：画像処理では、位マップは白黒画像のピクセル値を表現するために使用されます。各ビットはピクセルが黒か白かを示します。

位マップは Linux システムで多くのアプリケーションがあります#

メモリ管理

• バディシステム（Buddy System）：Linux カーネルのメモリ管理では、バディシステムを使用してメモリブロックを割り当ておよび解放します。位マップは各メモリブロックの使用状況を記録し、空きメモリブロックを高速に検索します。
ファイルシステム
• ext2/ext3/ext4 ファイルシステム：これらのファイルシステムは、データブロックと inode を管理するために位マップを使用します。位マップは、使用中のデータブロックと inode と空きのデータブロックと inode を記録し、ディスクスペースを効率的に管理します。
プロセス管理
• CPU アフィニティ（CPU Affinity）：位マップは、プロセスが実行できる CPU の集合を表現するために使用されます。位マップを使用してプロセスの CPU アフィニティを設定および取得し、プロセススケジューリングとシステムパフォーマンスを最適化します。
デバイス管理
• デバイスマップ：位マップは、デバイスの状態を管理するために使用されます。例えば、ネットワークデバイスの状態（有効 / 無効）やデバイスの割り当て状況を記録します。
仮想メモリ
• ページフレームアロケータ（Page Frame Allocator）：位マップは、物理ページフレームの割り当て状態を管理するために使用されます。割り当てられたページフレームと空きページフレームを追跡し、効率的なページフレームの割り当てと回収を行います。

位マップのフロントエンドでの応用#

画像処理 - キャンバスを使用してピクセルデータを直接操作できます。
ビットマップフォント - 低解像度やレトロゲームデザインに適しており、レンダリングが高速でスペースを節約できます。
ブルームフィルタ - 高速なクエリを実行できます。
フロントエンドの権限管理 - ユーザーの権限をビットマップ内に保存し、非常に少ないメモリ使用量と高いパフォーマンスで多くの権限情報を保存できます。

JavaScript でのビットマップ構造の実装 - Uint8Array をベースに#

class Bitmap {
  constructor(size) {
    this.size = size;
    this.data = new Uint8Array(Math.ceil(size / 8));
  }

  // index番目のビットを1に設定する
  set(index) {
    if (index >= this.size) throw new RangeError('Index out of bounds');
    const byteIndex = Math.floor(index / 8);
    const bitIndex = index % 8;
    this.data[byteIndex] |= (1 << bitIndex);
  }

  // index番目のビットをクリアする（0に設定する）
  clear(index) {
    if (index >= this.size) throw new RangeError('Index out of bounds');
    const byteIndex = Math.floor(index / 8);
    const bitIndex = index % 8;
    this.data[byteIndex] &= ~(1 << bitIndex);
  }

  // index番目のビットの値を取得する
  get(index) {
    if (index >= this.size) throw new RangeError('Index out of bounds');
    const byteIndex = Math.floor(index / 8);
    const bitIndex = index % 8;
    return (this.data[byteIndex] & (1 << bitIndex)) !== 0;
  }
}