按位异或交换两个变量时的一个陷阱

假设有两个int型变量x和y,为了交换二者数值,我们可以借助临时变量,如下所示:

int tmp = x;
x = y;
y = tmp;

利用异或操作的特性,不使用临时变量也可以到达交换的目的,如下所示:

x = x ^ y;
y = x ^ y; //即 y = (x ^ y) ^ y = x,y的值现在已经成x原来的值了
x = x ^ y; //x的值现在已经成y原来的值了

下面程序实现数组的反转功能,即如果数组原来为 1 、2、3、 4 、5 ,
反转后则成为5、4、3、2、1。
下面的程序能否正确实现该功能:


#include <stdio.h>
void inplace_swap(int *x, int *y) 
{
    *y = *x ^ *y; /* Step 1 */
    *x = *x ^ *y; /* Step 2 */
    *y = *x ^ *y; /* Step 3 */
 }

 void reverse_array(int a[], int cnt) 
 {
     int first, last;
     for (first = 0, last = cnt-1;first <= last;first++,last--)
        inplace_swap(&a[first], &a[last]);
 }

int main(void)
{
    int a[5] = {1,2,3,4,5};
    int i = 0;
    reverse_array(a,5);

    for(; i <5; i++)
        printf("%d\t", a[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}

输出结果不是5、4、3、2、1,而是5 、4、0、2、1。Why?

问题出在inplace_swap(&a[2], &a[2]),该函数执行Step 1后, a[2]的数值被改写成了0,
即此时*x = *y = 0了。

<think>嗯,用户问的是怎么在不引入第三个变量的情况下用C语言交换两个变量的值。这个问题看起来挺经典的,可能他们在学习基础算法或者准备面试题吧。首先,我得确认自己记得正确的方法,然后一步步解释清楚。 首先,常规的交换方法是用第三个变量,比如temp,这样简单易懂。但用户明确说不使用第三个变量,所以得用其他方法。我记得有两种常见的方法:算术运算和位运算。 算术运算的话,主要是用加减法或者乘除法。比如,a和b两个变量,先用a = a + b,这候a存储的是两者的和。然后b = a - b,这样b就变成了原来的a的值。接着a = a - b,这样a就变成了原来的b的值。不过这种方法有个问题,如果a和b的值很大,相加可能会溢出,导致错误。那乘除法的话类似,a = a * b,然后b = a / b,a = a / b,但同样有溢出问题,而且如果b是0的话会出错。所以乘除法可能不太安全,特别是处理用户输入的候。 另一种方法是位运算,也就是异或操作。异或有个性质,就是同一个异或两次会恢复原值。所以步骤是:a = a ^ b,然后b = a ^ b,这候b就变成原来的a了,接着a = a ^ b,a就变成原来的b了。这种方法不会有溢出的问题,但只能用于整数类型,不能用于浮点数。 接下来,我得考虑用户可能的疑问,比如这些方法的局限性。比如算术运算的溢出问题,或者异或只能用于整数。另外,代码示例需要正确,避免错误。比如在加减法示例中,初始值是否正确,交换后结果是否符合预期。 然后,用户可能需要知道为什么这些方法有效,所以需要解释每一步的操作结果。比如,在加减法中,第一步a变成a+b,第二步b被赋值为a的原始值,第三步a减去现在的b(即原来的a)得到原来的b,这样就完成了交换。 还有,用户可能关心这些方法的实际应用场景。虽然这些技巧在面试中常见,但在实际编程中,使用临变量更高效且可读性更好,所以需要提醒用户注意适用情况,避免滥用。 最后,总结一下,给出两种方法,并比较它们的优缺点,帮助用户根据具体情况选择合适的方法。同提醒潜在的问题,比如溢出和类型限制,确保用户理解可能的陷阱。</think>在C语言中,可以通过以下两种方法在不引入第三个变量的情况下交换两个变量的值: --- ### 方法1:算术运算(加减法) 通过加法保存两数之和,再通过减法逐步还原值。 ```c int a = 5, b = 3; a = a + b; // 此a=8, b=3 b = a - b; // 此b=5(原a的值), a=8 a = a - b; // 此a=3(原b的值), b=5 ``` **原理**: 1. 将两数之和存入`a` 2. 用总和减去`b`得到原`a`的值,存入`b` 3. 用总和减去新的`b`(原`a`)得到原`b`的值,存入`a` **局限性**:若`a + b`超过整数范围,可能溢出。 --- ### 方法2:位运算(异或操作) 利用异或(XOR)的自反性:`x ^ x = 0`,`x ^ 0 = x`。 ```c int a = 5, b = 3; // 二进制:a=0101, b=0011 a = a ^ b; // a=0110 (6), b=0011 (3) b = a ^ b; // b=0101 (5), a=0110 (6) a = a ^ b; // a=0011 (3), b=0101 (5) ``` **原理**: 1. `a ^ b`将两数的差异信息存入`a` 2. 用新的`a`异或原`b`,得到原`a`存入`b` 3. 用新的`a`异或新的`b`,得到原`b`存入`a` **局限性**:仅适用于整数,不适用于浮点数。 --- ### 注意事项 1. **算术方法**可能导致溢出,需确保数值范围安全。 2. **位运算方法**效率高且无溢出风险,但可读性较差。 3. 实际开发中建议使用临变量,代码更清晰且安全。
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