[c语言日寄]c语言也有“回”字的多种写法——整数交换的三种方式

大家好啊,在今天的快乐刷题中,我们遇到了这样一道题目:

题目

写出 三种不同方式的 交换两个整数变量的 函数

交换变量的三种解法

常规方式

想要交换两个变量很简单,第一种方式就是新建一个临时变量,具体流程如下:

具体到c语言代码:

c 复制代码
//传递指针实现跨函数修改值
void common(int* a, int* b) {

	int mid = 0;
	
	mid = *a;
	*a = *b;
	*b = mid;

	return;
}

加减法交换

如果在不使用临时变量的情况下,我们可以也利用加减法来实现数值的交换:

我们结合具体的算法进行分析:

c 复制代码
// 加减运算交换法

void add_sub(int* a, int* b) {

	*a = *a + *b;
	*b = -*b;
	*b += *a;
	*a = *a - *b;

	return;
}

其具体的运算过程如下:

位运算交换

在了解这个算法前,我们可以先复习一下本方法的主角:异或运算

异或运算简介

异或运算是一种二进制运算,它对两个位进行操作。其运算规则如下:

当两个位不相同时,结果为1。

当两个位相同时,结果为0。

用符号"^"表示异或运算,其真值表如下:

A B A ^ B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

例如,对于两个整数 5 和 3,它们的二进制表示分别为 101 和 011。进行异或运算的过程如下:

101 (5)^ 011 (3) =110 (6)

因此,5 异或 3 的结果是 6。

异或运算的性质

用异或运算实现交换

基于上面的基础知识,我们来看一看以下的算法:

c 复制代码
void bit(int* a, int* b) {

	*a = *a ^ *b;
	*b = *b ^ *a;
	*a = *a ^ *b;

	return;
}

具体过程如下:

序号2的超级详细的运算过程如下:

日常使用推荐哪一种运算方法呢?

当然是常规算法啦!

为什么不是看上去更加省内存的 位运算法 或者 加减交换法 呢?

常规方式

优点

  • 可读性高:代码非常直观,容易理解和维护。即使是初学者也能快速理解其逻辑。
  • 安全性高:不会出现任何溢出或错误情况,非常安全。
  • 适用性强:适用于所有情况,包括 a 和 b 指向同一个地址的情况。

缺点

占用额外内存:需要一个临时变量来存储其中一个值,但现代编译器通常会对这种简单的交换操作进行优化,性能非常接近位运算交换。

位运算交换

优点

  • 不占用额外内存:不需要临时变量,节省了内存空间,特别是在资源受限的环境中(如嵌入式系统)非常有用。
  • 不会溢出:与加减法相比,位运算不会导致整数溢出,因此更加安全。

缺点

  • 可读性差:代码较为复杂,需要对位运算的性质有较深的理解。对于不熟悉位运算的开发者来说,可能需要花费更多时间来理解其逻辑。
  • 存在不适用的情况:如果 a 和 b 指向同一个地址,会导致 a 和 b 都变为0。
  • 性能差异:在某些情况下,位运算可能比简单的临时变量交换稍慢,但这种差异通常可以忽略不计。不过,位运算的复杂性可能会导致编译器优化不如临时变量交换。

推荐使用临时变量交换的原因

在大多数情况下,笔者都推荐使用临时变量来交换两个整数的内容:

  • 可读性高:代码更直观,容易理解和维护。
  • 安全性高:基本不会出现任何错误情况,非常安全。
  • 适用性强:适用于所有情况,无需额外检查。
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