java 交换 详解

在 Java 中，交换两个变量的值是常见的操作。以下是关于交换的详解，包括基本概念、实现方法以及注意事项。

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基本概念

交换两个变量的值意味着让一个变量的值赋给另一个变量，反之亦然。例如，将 a 的值赋给 b，同时将 b 的值赋给 a。

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方法 1：使用临时变量

最直观、最常用的方法是使用一个临时变量来存储其中一个值，避免覆盖。

代码示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5, b = 10;

        // 交换
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;

        System.out.println("a = " + a); // 输出：a = 10
        System.out.println("b = " + b); // 输出：b = 5
    }
}

优点：

• 简单易懂，逻辑清晰。
• 安全性高，不会丢失数据。

缺点：

• 需要额外的存储空间（一个临时变量）。

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方法 2：不使用临时变量（数学法）

通过数学运算（加减或异或运算）交换两个变量的值。

(1) 加减法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5, b = 10;

        // 交换
        a = a + b; // a = 15
        b = a - b; // b = 5
        a = a - b; // a = 10

        System.out.println("a = " + a); // 输出：a = 10
        System.out.println("b = " + b); // 输出：b = 5
    }
}

说明：

• a = a + b 将 a 和 b 的值存入 a。
• b = a - b 提取原始的 a 值。
• a = a - b 提取原始的 b 值。

优点：

• 不需要额外的存储空间。

缺点：

• 可能溢出：如果 a 和 b 的值很大，a + b 的结果可能超出数据类型的范围（比如 int 的范围）。

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(2) 位运算（异或法）

利用异或运算的特性：a ^ b ^ b = a，可以在不使用额外变量的情况下交换两个变量。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5, b = 10;

        // 交换
        a = a ^ b; // a = 15 (二进制：1010 ^ 0101 = 1111)
        b = a ^ b; // b = 5  (二进制：1111 ^ 1010 = 0101)
        a = a ^ b; // a = 10 (二进制：1111 ^ 0101 = 1010)

        System.out.println("a = " + a); // 输出：a = 10
        System.out.println("b = " + b); // 输出：b = 5
    }
}

优点：

• 不需要额外的存储空间。
• 不会导致溢出问题。

缺点：

• 可读性较差：位运算可能不如加减法直观。

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方法 3：通过数组交换

在某些情况下，可以使用数组来存储变量并交换它们。

代码示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {5, 10};

        // 交换
        int temp = nums[0];
        nums[0] = nums[1];
        nums[1] = temp;

        System.out.println("nums[0] = " + nums[0]); // 输出：nums[0] = 10
        System.out.println("nums[1] = " + nums[1]); // 输出：nums[1] = 5
    }
}

说明：

• 使用数组的索引访问和存储变量。

优点：

• 适合批量操作的场景（如排序算法中需要频繁交换）。

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方法 4：通过对象引用交换（Java 的局限性）

Java 是 按值传递 的语言，这意味着我们无法直接交换基本类型变量的值。如果需要交换两个对象的值，需要将它们封装到一个对象或数组中。

示例：

class Wrapper {
    int value;
    Wrapper(int value) {
        this.value = value;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Wrapper a = new Wrapper(5);
        Wrapper b = new Wrapper(10);

        // 交换
        swap(a, b);

        System.out.println("a = " + a.value); // 输出：a = 10
        System.out.println("b = " + b.value); // 输出：b = 5
    }

    private static void swap(Wrapper a, Wrapper b) {
        int temp = a.value;
        a.value = b.value;
        b.value = temp;
    }
}

说明：

• 封装变量到对象中，通过对象引用来间接交换值。
• 适合需要交换复杂数据类型的场景。

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方法 5：Java Collections 的 swap 方法

对于列表（List）类型的数据，可以使用 Collections.swap 方法直接交换两个索引位置的值。

代码示例：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(5, 10));

        // 交换
        Collections.swap(list, 0, 1);

        System.out.println(list); // 输出：[10, 5]
    }
}

优点：

• 适用于列表类型，代码简洁。

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总结

方法	优点	缺点
使用临时变量	简单、直观、通用	需要额外的存储空间
数学法（加减法）	不使用额外变量	可能导致溢出
位运算（异或法）	高效，不溢出	可读性较差
数组交换	适合批量操作	不适用于单个变量
对象引用	可用于基本类型以外的数据	实现复杂
Collections.swap 方法	适用于列表，代码简洁	仅适用于 List 类型

在实际开发中，使用临时变量 是最常用的方法，简单直观且适用于大部分场景；对于批量交换操作，Collections.swap 是更好的选择。