在學習程序語言和進行程序設計的時候,交換兩個變量的值是經常要使用的,各公司筆試也經常遇到。
方法1:標准法
通常我們的做法是(尤其是在學習階段):定義一個新的變量,借助它完成交換。
代碼如下:
int a,b;
a=10;
b=15;
int t;
t=a;
a=b;
b=t;
這種算法易於理解,特別適合幫助初學者了解計算機程序的特點,是賦值語句的經典應用。在實際軟件開發當中,此算法簡單明了,不會產生歧義,便於程序員之間的交流,一般情況下碰到交換變量值的問題,都應采用此算法(以下稱為標准算法)。
上面的算法最大的缺點就是需要借助一個臨時變量。
方法2: 算術運算法
簡單來說,就是通過普通的+和-運算來實現。
代碼如下:
i=i+j;
j=i-j;
i=i-j;
方法3: 位運算
通過異或運算也能實現變量的交換,這也許是最為神奇的。
代碼如下:
i^=j;
j^=i;
i^=j;
此算法能夠實現是由異或運算的特點決定的,通過異或運算能夠使數據中的某些位翻轉,其他位不變。
交換位 |
1 |
1 |
0 |
0 |
被交換位 |
0 |
1 |
0 |
1 |
一次異或 |
1 |
0 |
0 |
1 |
與自己異或 |
1 |
1 |
0 |
0 |
結果 |
0 |
1 |
0 |
1 |
這意味着任意一個數與任意一個給定數異或后再與自己異或一次,結果就交換了。
方法4:指針地址法
指針地址操作 因為對地址的操作實際上進行的是整數運算,比如:兩個地址相減得到一個整數,表示兩個變量在內存中的儲存位置隔了多少個字節;地址和一個整數相加即“a+10”表示以a為基地址的在a后10個a類數據單元的地址。所以理論上可以通過和算術算法類似的運算來完成地址的交換,從而達到交換變量的目的。即:
int *a,*b;
*a=new int(10);
*b=new int(20);//&a=0x00001000h,&b=0x00001200h
a=(int*)(b-a);//&a=0x00000200h,&b=0x00001200h
b=(int*)(b-a); //&a=0x00000200h,&b=0x00001000h
a=(int*)(b+int(a)); //&a=0x00001200h,&b=0x00001000h
通過以上運算a、b的地址真的已經完成了交換,且a指向了原先b指向的值,b指向原先a指向的值了嗎?上面的代碼可以通過編譯,但是執行結果卻令人匪夷所思!原因何在?
首先必須了解,操作系統把內存分為幾個區域:系統代碼/數據區、應用程序代碼/數據區、堆棧區、全局數據區等等。
在編譯源程序時,常量、全局變量等都放入全局數據區,局部變量、動態變量則放入堆棧區。這樣當算法執行到“a=(int*)(b-a)”時,a的值並不是0x00000200h,而是要加上變量a所在內存區的基地址,實際的結果是:0x008f0200h,其中0x008f即為基地址,0200即為a在該內存區的位移。它是由編譯器自動添加的。因此導致以后的地址計算均不正確,使得a,b指向所在區的其他內存單元。再次,地址運算不能出現負數,即當a的地址大於b的地址時,b-a<0,系統自動采用補碼的形式表示負的位移,由此會產生錯誤,導致與前面同樣的結果。 有辦法解決嗎?當然!以下是改進的算法:
if(a<b)
{
a=(int*)(b-a);
b=(int*)(b-(int(a)&0x0000ffff));
a=(int*)(b+(int(a)&0x0000ffff));
}
else
{
b=(int*)(a-b);
a=(int*)(a-(int(b)&0x0000ffff));
b=(int*)(a+(int(b)&0x0000ffff));
}
算法做的最大改進就是采用位運算中的與運算“int(a)&0x0000ffff”,因為地址中高16位為段地址,后16位為位移地址,將它和0x0000ffff進行與運算后,段地址被屏蔽,只保留位移地址。這樣就原始算法吻合,從而得到正確的結果。 此算法同樣沒有使用第三變量就完成了值的交換,與算術算法比較它顯得不好理解,但是它有它的優點即在交換很大的數據類型時,它的執行速度比算術算法快。因為它交換的時地址,而變量值在內存中是沒有移動過的。