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实现两个整数变量交换

方法1:标准法

通常我们的做法是(尤其是在学习阶段):定义一个新的变量,借助它完成交换。

代码如下: 

 
int a,b; 
 
a=10;
 
b=15; 
 
int t;
 
 t=a;
 
a=b;
 
b=t;
 

 

 这种算法易于理解,特别适合帮助初学者了解计算机程序的特点,是赋值语句的经典应用。在实际软件开发当中,此算法简单明了,不会产生歧义,便于程序员之间的交流,一般情况下碰到交换变量值的问题,都应采用此算法(以下称为标准算法)。

上面的算法最大的缺点就是需要借助一个临时变量。

方法2: 算术运算法

 简单来说,就是通过普通的+和-运算来实现。

代码如下: 
                i=i+j; 
                j=i-j; 
                i=i-j; 

方法3: 位运算 

通过异或运算也能实现变量的交换,这也许是最为神奇的。

代码如下:
i^=j; 
j^=i; 
i^=j; 
此算法能够实现是由异或运算的特点决定的,通过异或运算能够使数据中的某些位翻转,其他位不变。

交换位

1

1

0

0

被交换位

0

1

0

1

一次异或

1

0

0

1

与自己异或

1

1

0

0

结果

0

1

0

1

这意味着任意一个数与任意一个给定数异或后再与自己异或一次,结果就交换了。

方法4:指针地址法

指针地址操作 因为对地址的操作实际上进行的是整数运算,比如:两个地址相减得到一个整数,表示两个变量在内存中的储存位置隔了多少个字节;地址和一个整数相加即“a+10”表示以a为基地址的在a后10个a类数据单元的地址。所以理论上可以通过和算术算法类似的运算来完成地址的交换,从而达到交换变量的目的。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 

通过以上运算a、b的地址真的已经完成了交换,且a指向了原先b指向的值,b指向原先a指向的值了吗?上面的代码可以通过编译,但是执行结果却令人匪夷所思!原因何在?

 首先必须了解,操作系统把内存分为几个区域:系统代码/数据区、应用程序代码/数据区、堆栈区、全局数据区等等。

在编译源程序时,常量、全局变量等都放入全局数据区,局部变量、动态变量则放入堆栈区。这样当算法执行到“a=(int*)(b-a)”时,a的值并不是0x00000200h,而是要加上变量a所在内存区的基地址,实际的结果是:0x008f0200h,其中0x008f即为基地址,0200即为a在该内存区的位移。它是由编译器自动添加的。因此导致以后的地址计算均不正确,使得a,b指向所在区的其他内存单元。再次,地址运算不能出现负数,即当a的地址大于b的地址时,b-a<0,系统自动采用补码的形式表示负的位移,由此会产生错误,导致与前面同样的结果。 有办法解决吗?当然!以下是改进的算法:

 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)); 

算法做的最大改进就是采用位运算中的与运算“int(a)&0x0000ffff”,因为地址中高16位为段地址,后16位为位移地址,将它和0x0000ffff进行与运算后,段地址被屏蔽,只保留位移地址。这样就原始算法吻合,从而得到正确的结果。 此算法同样没有使用第三变量就完成了值的交换,与算术算法比较它显得不好理解,但是它有它的优点即在交换很大的数据类型时,它的执行速度比算术算法快。因为它交换的时地址,而变量值在内存中是没有移动过的。

 

实现两个整数变量交换