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不借助第三个变量实现两个变量交换及原理分析


通常的交换两个变量a,b的过程为
var temp;
temp=a;
a=b;
b=temp;
需借助上面的第3个临时变量temp.

无需借助第3个临时变量交换两个变量a,b d的方法:

逻辑运算(异或)

下面的异或运算可以实现a,b的交换,而无需借助第3个临时变量:
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
这个交换两个变量而无需借助第3个临时变量过程,其实现主要是基于异或运算的如下性质:
1.任意一个变量X与其自身进行异或运算,结果为0,即X^X=0
2.任意一个变量X与0进行异或运算,结果不变,即X^0=X
3.异或运算具有可结合性,即a^b^c=(a^b)^c=a^(b^c)
4.异或运算具有可交换性,即a^b=b^a

分析:
第一步: a = a ^ b; 完成后 a变量的结果为a ^ b
第二步: b = a ^ b; 此时赋值号右边的a保存的是a ^ b的值,那么将赋值号右边的a用a ^ b替换, 得到(a ^ b) ^ b=a ^ (b ^ b)=a ^0=a, 即经过第二步运算后b中的值为a,即b=a,将a换到了b里
第三步: a = a ^ b; 此时赋值号右边的a保存的仍然是a ^ b的值,不变,而赋值号右边的b已经是a 了, 将赋值号右边的a,b分别进行替换, 即此时赋值号右边a ^ b=(a ^ b)^ a=a ^ b^ a=a ^ a^ b=0^ b=b, 该值赋值给a,即a=b 即经过第三步运算后a中的值为b,即a=b,将b换到了a里
这样经过如上的三步骤,完成了交换两个变量a,b而无需借助第3个临时变量过程。
function swap5(x,y){
if(x==y){
return;
}else{
x^=y;
y^=x;
x^=y;
}
}
算术运算(加减)

// x和y同号的情况下容易溢出
function swap1(x,y){
x=x+y;
y=x-y;
x=x-y;
}
// x和y异号的情况下容易溢出
function swap2(x,y){
x=x-y;
y=x+y;
x=y-x;
}
// 严谨的做法
function swap4(x,y){
if(x==y){
return ;
}else if((x>0&&y>0)||(x<0&&y<0)) {
x=x-y;
y=x+y;
x=y-x;
}else{
x=x+y;
y=x-y;
x=x-y;
}
}

如果仔细思考,可以发现实际上有多种方法。为什么需要第三个变量?两个变量,必然存在两份信息(姑且以份为单位),如果直接交换,a=b,则a原来的信息丢失,所以引入一个临时变量来保存a的信息,以确保信息完整性。也就是说,temp的作用就是保存交换过程可能损失的信息量,那么只要这个信息量不损失,则无需temp.那么,完全可以在交换过程中传递额外信息,也就是a,b之间的耦合信息,则交换过程不会发生信息丢失,也就无需第三个变量。这耦合信息可以是a-b,也可以是a^b,还可以是a*b.如:
a=a*b;
a=a/b;
b=a/b;
同样可以完成交换(仅提供思路,未考虑除0溢出等问题)。举一反三,可以有多种方法,但原理都是一样的。

不借助第三个变量实现两个变量交换及原理分析