不用临时变量交换两个数的值

不用临时变量交换两个数的值

当要交换两个数的值时，通常的做法是定义一个临时变量，然后再进行交换。那么能不能不用临时变量而交换两个数的值呢？可以的！C语言提供的异或运算就可以实现这样的操作。   异或运算符^也称XOR运算符，它的规则是若参加运算的两个二进位同号，则结果为0（假）；异号为1（真）。即0 ^ 0 = 0, 0 ^ 1 = 1, 1 ^ 0 = 1, 1 ^ 1 = 0。   例： #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) {     int a = 2, b = 6;     a = a ^ b;     b = b ^ a;     a = a ^ b;     printf("a = %d b = %d/n", a, b);     return 0; } 结果如下： a = 6 b = 2 分析： 前两个赋值语句：“a = a ^ b；”和“b = b ^ a；”相当于b = b ^ (a ^ b)，而b ^ a ^ b等于a ^ b ^ b。b ^ b的结果为0，因为同一个数与相向相^，结果必为0。因此b的值等于a ^ 0，即a，其值为2。 再执行第三个赋值语句：“a = a ^ b”。由于a的值等于(a ^ b)，b的值等于(b ^ a ^ b)，因此，相当于a = a ^ b ^ b ^ a ^ b，即a的值等于a ^ a ^ b ^ b ^ b，等于b。 2007.06.02   今天又发现另外两种方法，特补上。   方法一 void swap(int *p, int *q) {     *p = *p + *q;     *q = *p - *q;     *p = *p - *q; } 方法二 void swap(int *p, int *q) {     *p = *p + *q - (*q = *p); } 原理为算术运算符的结合顺序为自左至右。 2007.06.18   可以把异或的三条语句压缩为一条：   a ^= b ^= a ^= b; 要交换三个变量的值，可以用以下语句： c = a + c - (a = b, b = c); 2007.09.11 谢谢网友cool8jay指出上面红色部分的错误，下面来分析一下，先看一个示例程序，如下： #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) {     int a = 1;     int b = 2;     int c = 3;     c = a + c - (a = b, b = c);     printf("a = %d/n", a);     printf("b = %d/n", b);     printf("c = %d/n", c);     return 0; } 编译运行，结果如下： a = 2 b = 3 c = 2 可见，最初目标中的c = 1部分没能实现。于是分析原因： 《The C Programming Language·Second Edition》P205介绍说，“The additive operators + and - group left-to-right”，即附加运算符加号和减号的结合顺序是自左向右；P209介绍说，“A pair of expressions separated by a comma is evaluated left-to-right, and the value of the left expression is discarded. The type and value of the result are the type and value of the right operand”，即逗号表达式的计算顺序是从左向右，逗号左边表达式的值被舍弃，表达式结果的类型和数值是逗号右边表达式的类型和数值。 既然如此，那结果应该是正确的，为什么还会出错呢？再来看一下VC6.0下编译产生的汇编代码： 7: int a = 1; 00401028 mov dword ptr [ebp-4],1 8: int b = 2; 0040102F mov dword ptr [ebp-8],2 9: int c = 3; 00401036 mov dword ptr [ebp-0Ch],3 10: 11: c = a + c - (a = b, b = c); 0040103D mov eax,dword ptr [ebp-8] 00401040 mov dword ptr [ebp-4],eax 00401043 mov ecx,dword ptr [ebp-4] 00401046 add ecx,dword ptr [ebp-0Ch] 00401049 mov edx,dword ptr [ebp-0Ch] 0040104C mov dword ptr [ebp-8],edx 0040104F sub ecx,dword ptr [ebp-8] 00401052 mov dword ptr [ebp-0Ch],ecx 可以看到，第11行代码的执行过程如下： 先把b的值赋给a，再把a和c的值相加，结果放在寄存器ecx中，然后把c的值赋给b，最后再把ecx与b的值相减，结果赋给c。分解为C语句为： a = b; /* a = 2, b = 2 */ ecx = a + c; /* ecx = 5, a = 2, c = 3 */ b = c; /* b = 3, c = 3 */ c = ecx - b; /* c = 2, ecx = 5, b = 3 */ 这下就清楚了，原来程序运行时先把逗号左边表达式的值计算出来丢弃掉，然后再做其它的运算，最开始的错误也就错在了这里。 好了，既然上面的式子有问题，那有没有其它正确的方法能一条语句实现三个变量的值的交换呢？   不用临时变量顺次交换N个变量的值     有N（N>=2）个变量，不使用临时变量，如何顺次交换它们的值？能否只用一条语句实现？如   +---+---+---+---+---+ | a | b | c | d | e | +---+---+---+---+---+ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | +---+---+---+---+---+   要把它变为   +---+---+---+---+---+ | a | b | c | d | e | +---+---+---+---+---+ | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | +---+---+---+---+---+   怎样实现？   首先，我们考虑用异或实现两个变量的交换，可参考我的这篇文章《 不用临时变量交换两个数的值》。用C++写函数如下：   int &swap(int &a, int &b) {     b = b ^ a;     a = a ^ b;     b = b ^ a;     return b; } 然后可以把代码优化为： int &swap(int &a, int &b) {     b ^= a;     a ^= b;     b ^= a;     return b; } 继续优化，把三句压缩为一句，如下： int &swap(int &a, int &b) {     b ^= a ^= b ^= a;          return b; } 还可再优化，如下： int &swap(int &a, int &b) {     return (b ^= a ^= b ^= a); } 现在来顺次交换5个变量的值，如下： swap(a, b);        //返回b swap(b, c);        //返回c swap(c, d);        //返回d swap(d, e);         既然有返回值，那么可以写成链式的，如下： swap(a, b);                                 //返回b swap(swap(a, b), c);                        //返回c swap(swap(swap(a, b), c), d);               //返回d swap(swap(swap(swap(a, b), c), d), e);         现在，让我们来把swap函数依次用相应的函数体替换掉，如下： e ^= d ^= e ^= swap(swap(swap(a, b), c), d); e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= swap(swap(a, b), c); e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= swap(a, b); e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= b ^= a ^= b ^= a; 好了，最后一个语句就实现了顺次交换五个变量的值，写程序验证如下： /****************************************************************** * Copyright (c) 2005-2007 CUG-CS * All rights reserved * * 文件名称：xor.c * 简要描述：实现五个变量的顺次交换 * * 当前版本：1.0 * 作 者：raincatss * 完成日期：2007-10-18 * 开发环境：Windows XP Sp2 + VC6.0 * 个人博客：http://raincatss.cublog.cn/ ******************************************************************/ #include <stdio.h> #define PRINT(A) do {/     printf("%d/n", A);/     } while (0) int main() {     int a = 1;     int b = 2;     int c = 3;     int d = 4;     int e = 5; //    b ^= a ^= b ^= a;        // swap(a, b) //    c ^= b ^= c ^= b;        // swap(b, c) //    d ^= c ^= d ^= c;        // swap(c, d) //    e ^= d ^= e ^= d;        // swap(d, e)     e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= b ^= a ^= b ^= a;     PRINT(a);     PRINT(b);     PRINT(c);     PRINT(d);     PRINT(e);     return 0; } 运行结果如下： 2 3 4 5 1 测试结果正确，达到预定目标。 知道了五个变量的顺次交换，那么任意多个变量的顺次交换就可以依次推导出来，在此我就不多写了。 当然，除了本文介绍的方法外，还有其它方法可以实现不用临时变量交换任意多个变量的值，读者可以自己探索一下。