如何不使用第三个变量来交换两个数的值

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yinwan
推荐于2017-11-23 · 知道合伙人教育行家
yinwan
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最近在看《c++从入门到精通》自学c++,里面有一道课后题是如何做到不适用第三个变量来交换两个数的值,以下是我在网上查找到的资料,记录下并作为笔记。
题目:a=10,b=15,将a / b的值互换。
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。那么不借助临时变量可以实现交换吗?答案是肯定的!
1) 算术运算
简单来说,就是通过普通的+和-运算来实现。代码如下:
int a,b;
a=10;b=12;
a=b-a; //a=2;b=12
b=b-a; //a=2;b=10
a=b+a; //a=10;b=10
通过以上运算,a和b中的值就进行了交换。表面上看起来很简单,但是不容易想到,尤其是在习惯标准算法之后。
它的原理是:把a、b看做数轴上的点,围绕两点间的距离来进行计算。
具体过程:第一句“a=b-a”求出ab两点的距离,并且将其保存在a中;第二句“b=b-a”求出a到原点的距离(b到原点的距离与ab两点距离之差),并且将其保存在b中;第三句“a=b+a”求出b到原点的距离(a到原点距离与ab两点距离之和),并且将其保存在a中。完成交换。
此算法与标准算法相比,多了三个计算的过程,但是没有借助临时变量。(以下称为算术算法)
该算法还可以这样做:
int a,b;
a=10;b=12;
a=a+b=22;
b=a-b=10;
a=a-b=12;
两个减操作一个加操作,执行的先后顺序不一样,其原理也稍微有些区别,但根本原理是一样滴。
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,请看以下代码:
int a=10,b=12; //a=1010^b=1100;
a=a^b; //a=0110^b=1100;
b=a^b; //a=0110^b=1010;
a=a^b; //a=1100=12;b=1010;
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。这就意味着任意一个数与任意一个给定的值连续异或两次,值不变。
即:a^b^b=a。将a=a^b代入b=a^b则得b=a^b^b=a;同理可以得到a=b^a^a=b;轻松完成交换。
以上三个算法均实现了不借助其他变量来完成两个变量值的交换,相比较而言算术算法和位算法计算量相当,地址算法中计算较复杂,却可以很轻松的实现大类型(比如自定义的类或结构)的交换,而前两种只能进行整形数据的交换(理论上重载“^”运算符,也可以实现任意结构的交换)。
倾瑶茉韵586
2018-03-31 · TA获得超过4974个赞
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算术运算;指针地址操作;位运算;栈实现。

具体操作如下:

  • 算术运算

    int a,b;

    a=10;b=12;

    a=b-a; //a=2;b=12

    b=b-a; //a=2;b=10

    a=b+a; //a=10;b=10

它的原理是:把a、b看做数轴上的点,围绕两点间的距离来进行计算。

具体过程:第一句“a=b-a”求出ab两点的距离,并且将其保存在a中;第二句“b=b-a”求出a到原点的距离(b到原点的距离与ab两点距离之差),并且将其保存在b中;第三句“a=b+a”求出b到原点的距离(a到原点距离与ab两点距离之和),并且将其保存在a中。完成交换。

此算法与标准算法相比,多了三个计算的过程,但是没有借助临时变量。(以下称为算术算法)

缺点:是只能用于数字类型,字符串之类的就不可以了。a+b有可能溢出(超出int的范围),溢出是相对的, +了溢出了,-回来不就好了,所以溢出不溢出没关系,就是不安全。

  • 指针地址操作

    int *a,*b; //假设

    *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

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。

  • 位运算

    int a=10,b=12; //a=1010^b=1100;

    a=a^b; //a=0110^b=1100;

    b=a^b; //a=0110^b=1010;

    a=a^b; //a=1100=12;b=1010;

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。这就意味着任意一个数与任意一个给定的值连续异或两次,值不变。

  • 栈实现。

    int exchange(int x,int y) 

    stack S; 

    push(S,x); 

    push(S,y); 

    x=pop(S); 

    y=pop(S); 

    }

以上算法均实现了不借助其他变量来完成两个变量值的交换,相比较而言算术算法和位算法计算量相当,地址算法中计算较复杂,却可以很轻松的实现大类型(比如自定义的类或结构)的交换,而前两种只能进行整形数据的交换(理论上重载“^”运算符,也可以实现任意结构的交换)。

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xu...3@163.com
2016-11-06 · TA获得超过177个赞
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明目张胆?胆小如鼠?鼠目寸光?
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