不借助其它變數交換兩變數值的三種演算法

2022-07-18 17:15:12 字數 2029 閱讀 6922

在學習程式語言和進行程式設計的時候,交換兩個變數的值是經常要使用的。通常我們的做法是:定義乙個新的變數,借助它完成交換。**如下:

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

這種演算法易於理解,特別適合幫助初學者了解電腦程式的特點,是賦值語句的經典應用。在實際軟體開發當中,此演算法簡單明瞭,不會產生歧義,便於程式設計師之間的交流,一般情況下碰到交換變數值的問題,都應採用此演算法(以下稱為標準演算法)。

標準演算法最大的缺點(其實根本不算缺點)就是需要借助乙個臨時變數。那麼不借助臨時變數可以實現交換嗎?答案是肯定的!這裡我們可以用至少三種演算法來實現,他們是:

1)算術運算

2)指標操作

3)位運算

1) 算術運算

簡單來說,就是通過+和-運算來實現。**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=12;b=10

通過以上運算,a和b中的值就進行了交換。表面上看起來很簡單,但是不容易想到,尤其是在習慣標準演算法之後。

此演算法與標準演算法相比,多了三個計算的過程,但是沒有借助臨時變數。(以下稱為算術演算法)

2) 指標操作

對指標的操作實際上進行的是整數運算。比如:兩個int指標相減得到乙個整數n,該整數表示兩個指標變數在記憶體中的儲存位置隔了n*sizeof(int)個位元組;int指標和乙個整數相加,例如「a+10」表示以a為基位址,偏移為10*sizeof(int)處的int變數。所以我們完全可以通過和算術演算法類似的運算來完成指標變數值的交換,從而達到交換變數的目的。即:

int *a,*b;
a=new int(10);        //給指標賦值
b=new int(20);        //a=0x00030828,b=0x00030840
a=(int*)(b-a);        //a=0x00000006
b=(int*)(b-int(a));   //b=0x00030828
a=(int*)(b+int(a));   //a=0x00030840

需要注意的是:最後三句話中,只有第一句是兩個指標之間的計算,其他都是指標和整數的計算,否則會導致計算錯誤,嚴重導致系統出錯。

通過以上運算a、b的位址就完成了交換,a指向了原先b指向的值,b指向原先a指向的值!

此演算法同樣沒有使用第三變數就完成了值的交換,與算術演算法比較它顯得不好理解,但是它有它的優點即在交換很大的資料型別時,比如說自定義的大型結構或者類,它的執行速度比算術演算法快。因為它交換的時位址,而變數值在記憶體中是沒有移動過的。(以下稱為位址演算法)

3) 位運算

通過異或運算也能實現變數的交換,這也許是最為神奇的,請看以下**:

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;

此演算法能夠實現是由異或運算的特點決定的,通過異或運算能夠使資料中的某些位翻轉,其他位不變。這就意味著乙個數a與任意乙個給定的數b連續異或兩次,a的值不變。即:a^b^b=a。將a=a^b代入b=a^b則得b=a^b^b=a;同理可以得到a=b^a^a=b;輕鬆完成交換。

以上三個演算法均實現了不借助其他變數來完成兩個變數值的交換,相比較而言算術演算法和位演算法在純c中僅能完成標準資料型別的交換,對於結構體就無能為力了;而在c++中需要使用過載操作則也可以完成複雜型別的交換;指標演算法則可以輕鬆的實現任意資料結構的交換。

介紹這三種演算法並不是要應用到實踐當中,而是為了**技術,展示程式設計的魅力。從中可以看出,數學中的小技巧對程式設計而言具有相當的影響力,運用得當會有意想不到的神奇效果。而從實際的軟體開發看,標準演算法無疑是最好的,能夠解決任意型別的交換問題。 

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