程序中关于数据交换的讨论

      数据交换或许是程序中经常遇到的一类最为基本的操作，今天讨论的问题是关于就是在写程序时碰到的问题，一直以来自己交换数据都采用下列方式实现：

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

实现数据的交换。但是在快速排序的时候这个方法一下子失灵了。

#include <iostream>  
using namespace std;  

int QuickPartation(int vec[], int low, int high) {
	if(low < high) {
		int i = low - 1;
		int temp = vec[high];
		for(int j=low; j<=high-1; j++) {
			if(vec[j] <= temp) {
				i = i + 1;
				vec[i] = vec[i] ^ vec[j];
				vec[j] = vec[j] ^ vec[i];
				vec[i] = vec[i] ^ vec[j];
			}
		}
		vec[high] = vec[i+1];
		vec[i+1] = temp;
		return i+1;
	}
}
  
void QuickSort(int vec[], int low, int high) {
	if(low < high) {
		int mid = QuickPartation(vec,low,high);
		QuickSort(vec,low,mid-1);
		QuickSort(vec,mid+1, high);
	}
}

void Print(int vec[], int n) {
	for(int i=0; i<n; i++)
		cout<<vec[i]<<' ';
	cout<<endl;
}
int main() {  
    int a[] = {12,4,5,8,21,1,13};  
    Print(a,7);  
    QuickSort(a,0,6);  
    Print(a,7);  
    system("pause");  
    return 0;  
  
} 

在上述自认为没有错误的程序上，程序的运行结果让我很纠结：

经过短暂分析可能是交换出的问题，于是我就采用比较传统的方式进行交换。

#include <iostream>  
using namespace std;  

int QuickPartation(int vec[], int low, int high) {
	if(low < high) {
		int i = low - 1;
		int temp = vec[high];
		for(int j=low; j<=high-1; j++) {
			if(vec[j] <= temp) {
				i = i + 1;
				int m = vec[i];
				vec[i] = vec[j];
				vec[j] = m;
			}
		}
		vec[high] = vec[i+1];
		vec[i+1] = temp;
		return i+1;
	}
}
  
void QuickSort(int vec[], int low, int high) {
	if(low < high) {
		int mid = QuickPartation(vec,low,high);
		QuickSort(vec,low,mid-1);
		QuickSort(vec,mid+1, high);
	}
}

void Print(int vec[], int n) {
	for(int i=0; i<n; i++)
		cout<<vec[i]<<' ';
	cout<<endl;
}
int main() {  
    int a[] = {12,4,5,8,21,1,13};  
    Print(a,7);  
    QuickSort(a,0,6);  
    Print(a,7);  
    system("pause");  
    return 0;  
  
} 

运行结果表明问题就是出在数据交换上。

问题到底出在哪里？

经过观察数据可以发现在出错的数据排序过程中，被交换过的数据都被清０了，我们都知道，两个相同的数经过异或运算后会被清零，也就是说上面的数据都是由于相同的数进行异或导致的。难道“采用异或交换数据还有什么特殊情况？”

异或交换是一种通用的数据交换方式，没有什么特殊情况，只能是程序中的问题，经过分析程序，可以发现数据的情况为：

if(vec[0] < 13)

{

     i = 0;

     vec[0] = vec[0] ^ vec[0];

     vec[0] = vec[0] ^ vec[0];

     vec[0] = vec[0] ^ vec[0];

}

看到上面程序的过程中，其实会出现　i = j ，数据自己跟自己进行交换的情况，执行vec[0] =vec[0] ^ vec[0] 语句，会把vec[0] 中存储的数值变为0，即便是后面再运算，vec[0]的数值仍然为零，因为整体上就是一个数字进行异或。所以才会出现使用异或进行交换数据出现清零的情况。

因此如果采用异或进行数据交换时一定注意如果是引用传值（或者指针）的相同变量就不可以这样操作。总之，两个操作数内存地址不能相同。如果两个数的内存地址相同，说明两个数本来就相等，也没有必要进行数据交换，因此，在数据交换的过程中最好增加数据是否相等的判断。

经过以上分析可以对代码进行适当修改：

int QuickSortPartation(int a[],int low,int high) {
	if(low < high) {
		int i = low - 1;
		int temp = a[high];
		for(int j=low;j<high;j++) {
			if(a[j] < temp) {
				i++;
				if( i != j){
					a[i] = a[i] ^ a[j];
					a[j] = a[j] ^ a[i];
					a[i] = a[i] ^ a[j];
				}
			}
		}
		a[high] = a[i+1];
		a[i+1] = temp;
		return i+1;
	}
}

上述代码运行之后的执行结果就正确了。

因此，在使用异或进行数据交换的过程中，一定要求交换两个数据的内存地址不同。