面試官：請說出四種不使用第三方變量交換兩個變量值的方法
哈嘍，大家好，我是阿Q。前幾天有個小伙伴去面試，被面試官的一個問題勸退了：請說出幾種不使用第三方變量交換兩個變量值的方法。
問題有點繞，好不容易縷清了面試官的問題，卻發(fā)現(xiàn)答不上來。一時間尷尬無比，只能硬著頭皮說不會。
遇到交換變量值的問題，通常我們的做法是：定義一個新的變量，借助它完成交換。
代碼如下：
- t = a;
- a = b;
- b = t;
但問題的重點是“不使用第三方變量”，那就變得“可愛”起來了。思考過后，拋出以下四種方法來解決該問題：
- 變量本身交換數(shù)值;
- 算術(shù)運算;
- 指針地址操作;
- 位運算;
變量本身交換數(shù)值
- b = (a + b) - (a = b);
首先執(zhí)行 a + b 操作，然后將 b 賦值給 a，則 b = a + b - b = a，這就完成了 ab 的互換操作。
算術(shù)運算
如圖所示：OA = a; OB = b; AB = b - a;
首先我們把 AB 之間的距離 b - a 賦值給 a，此時 AB = a, OB = b 。
由于要達(dá)到 ab 交換的目的，所以 OA 要等于 b，而此時 OA 的距離為 b - a ，所以得將 b - a 賦值給 b ，此時 OA = b， AB = a 。
很容易從圖中看出，OB 的距離為 b + a，所以我們只需要將 b + a 賦值給 a 就可以完成兩者的交換了。
綜上所述，我們的步驟為
- int a = 10;
- int b = 15;
- a = b - a; //b=15;a=5;
- b = b - a; //b=10;a=5;
- a = b + a; //b=10;a=15;
該算法只能用于整型類型。
指針地址操作
我們可以把 a 和 b 想象為內(nèi)存中的地址值，假設(shè) a 為 0x01ff5e70 ，b 為 0x01ff5e90 ，而 b - a 表示兩個變量在內(nèi)存中的儲存位置隔了多少個字節(jié)。所以我們理論上也可以按算術(shù)運算的邏輯來交換兩個變量的值。
代碼如下(此處是 c 語言)：
- //其中 a 和 b 都是指針變量，里邊存儲著10和20的地址
- int *a = new int(10); //a=0x01ff5e70 ，此處代表a中存儲的地址
- int *b = new int(20); //b=0x01ff5e90 ，此處代表b中存儲的地址
- //指針變量相減得到20和10的地址間隔了多少個字節(jié)，然后轉(zhuǎn)為指針變量
- a = (int*)(b-a); //b=0x01ff5e90;a=0x8
- b = (int*)(b-a); //b=0x01ff5e70;a=0x8
- a=(int*)(b+long(a));//b=0x01ff5e70;a=0x01ff5e90
b - a = 0x01ff5e90 - 0x01ff5e70 = 0x20，0x20 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為 32 位，因為一個 int 占4位，所以這里是 0x8 。
以上只是理論狀態(tài)下的執(zhí)行過程，如果直接執(zhí)行是不能實現(xiàn)交換的。因為上邊的代碼忽略了一個問題：代碼編譯之后，變量都是存在內(nèi)存中的，而內(nèi)存區(qū)都會存在基地址。
基地址可以理解為某塊內(nèi)存的起點。上邊的數(shù)據(jù)都是在基地址的基礎(chǔ)上做了偏移。
變量的地址 = 變量的基地址 + 變量的偏移地址
當(dāng)我們進(jìn)行 b - a 操作的時候，得到結(jié)果為 8 ，然后轉(zhuǎn)化為指針變量的時候就會給 8 自動添加基地址，此時的結(jié)果就不是 0x8 了，所以會導(dǎo)致結(jié)果錯誤。
另外，地址運算不能出現(xiàn)負(fù)數(shù)，即當(dāng) a 的地址大于 b 的地址時，b - a < 0 ，系統(tǒng)自動采用補(bǔ)碼的形式表示負(fù)的位移，也會產(chǎn)生錯誤。
為了解決這個問題，我們只需要保證 b - a 得到的結(jié)果不受基地址的影響即可，所以給出以下解決方案。
- int *a = new int(10);
- int *b = new int(20);
- cout << a << "`````";
- cout << b << "`````";
- if(a < b){
- a = (int*)(b-a);
- cout << a << "`````";
- b=(int*)(b-(long(a)&0x0000ffff));
- cout << b << "`````";
- a=(int*)(b+long(a));
- cout << a << "`````";
- } else {
- b = (int*)(a-b);
- cout << b << "`````";
- a=(int*)(a-(long(b)&0x0000ffff));
- cout << a << "`````";
- b=(int*)(a+long(b));
- cout << b << "`````";
- }
執(zhí)行結(jié)果:
- 0x8dbe70`````0x8dbe90`````0x8`````0x8dbe70`````0x8dbe90`````
看到這，不知道大家是否真的看懂了。反正我第一次看到這兒時，感覺非常清晰(其實完全沒有理解)，第二次看的時候懵逼了，完全不懂，所以還得大家仔細(xì)思考一下才行。
b=(int*)(b-(long(a)&0x0000ffff)); 指令的精妙之處就在于采用了位運算中的與運算，將 a 和 0x0000ffff 進(jìn)行與運算后，b - a 的基地址計算結(jié)果被屏蔽，只保留了偏移地址的計算結(jié)果，也就是我們需要的字節(jié)數(shù)。
在交換很大的數(shù)據(jù)類型時，該方法執(zhí)行速度比算術(shù)算法快。因為它交換的是地址，而變量值在內(nèi)存中是沒有移動過的。
位運算
既然上邊用到了位運算，那我們再說一種直接通過“異或“完成交換的方法。
簡單介紹一下異或的規(guī)則：
- 如果a、b兩個值不相同，則異或結(jié)果為1;
- 如果a、b兩個值相同，異或結(jié)果為0。
代碼如下
- int a=10, b=12;//二進(jìn)制：a=1010;b=1100;
- a = a^b;//a=0110;b=1100
- b = a^b;//a=0110;b=1010
- a = a^b;//a=1100;b=1010
- System.out.println("a="+ a +",b="+ b);
執(zhí)行結(jié)果
- a=12,b=10
異或運算能夠使數(shù)據(jù)中的某些位翻轉(zhuǎn)，其他位不變。這就意味著任意一個數(shù)與任意一個給定的值連續(xù)異或兩次，值不變。
簡單總結(jié)
以上四種方法均實現(xiàn)了不借助第三方變量來完成兩個變量值的交換：
- 算術(shù)運算和位運算計算量相當(dāng)，只能進(jìn)行整形數(shù)據(jù)的交換;
- 地址運算中計算較復(fù)雜，可以很輕松的實現(xiàn)大類型(比如自定義的類或結(jié)構(gòu))的交換;
- 理論上重載 “^” 運算符，也可以實現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)的交換;
以上就是今天的全部內(nèi)容了，如果你有不同的意見或者更好的idea，歡迎聯(lián)系阿Q，添加阿Q可以加入技術(shù)交流群參與討論呦!
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「阿Q說代碼」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系阿Q說代碼公眾號。
