交换a、b的值temp = a; a = b; b = temp;比a = a^b;b = a^b;a = a^b;快

先看代码,交换a、b的值十亿次
<span style="font-size:14px;">		int a=222;
		int b=111;
		
		int size = 1000000000;
		int temp=0;
		long start = System.nanoTime();
		
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			temp = a;
			a = b;
			b = temp;
		}
		System.out.println("用时ns:"+(System.nanoTime()-start));
		
		a=222;
		b=111;
		start = System.nanoTime();
		
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			a = a^b;
			b = a^b;
			a = a^b;
		}
		System.out.println("用时ns:"+(System.nanoTime()-start));</span>


运行结果(纳秒):

用时ns:996150
用时ns:1769620


发现使用赋值交换比位运算交换两个数的值要快将近一倍。

<think>好的,我现在要解决的问题是:当执行int a=3,b=5;然后执行a^=b^=a^=b;之后,a和b的分别是什么。我需要仔细分析这个表达式,尤其是异或交换操作在C语言中的执行顺序和副作用的影响。 首先,我得回顾一下异或交换的原理。通常,交换两个变量的可以通过三次异或操作完成,比如: a ^= b; b ^= a; a ^= b; 这样做的话,a和b的确实会被交换。但这里的情况不同,用户给出的代码是将这三个操作合并成一行:a^=b^=a^=b;。这样的写法涉及到操作符的优先级和求顺序,可能存在未定义行为,导致结果不可预测。 接下来,我需要拆解这个表达式。在C语言中,复合赋运算符(如^=)的结合性是从右向左的。所以,表达式a^=b^=a^=b;会被解析为从右到左依次执行。也就是说,先执行最右边的a^=b,然后将结果代入中间,再执行b^=新的a,最后执行左边的a^=新的b。 不过,这里有个问题:在同一个表达式中多次修改同一个变量是否会导致未定义行为?根据C语言的标准,如果一个变量在一个表达式中的两个序列点之间被修改超过一次,那么结果是未定义的。例如,像i = i++ + ++i;这样的表达式就是未定义的。这里的情况可能类似,因为a和b都被多次修改,而没有中间的序列点。 让我具体分析每一步: 初始:a=3,b=5。 原式:a ^= b ^= a ^= b; 分解步骤: 1. 先计算最右边的a^=b。此时,a的当前是3,b是5。计算a = a ^ b,即3 ^5。异或运算中,3的二进制是011,5是101。011^101=110,即6。所以执行这一步后,a变为6,b还是5。但是,这里要注意,在表达式执行时,这个赋操作何时生效会影响后续的步骤。如果在这个复合表达式中,中间结果是否立即更新变量,这可能会导致后续的运算使用新的还是旧的的问题。 不过,由于复合赋运算符的结合顺序是从右向左,所以整个表达式相当于: a ^= (b ^= (a ^= b)); 但这里的每个步骤是否立即更新变量,这可能会影响后面的计算。例如,假设执行顺序如下: 首先执行a ^= b,即a = a ^ b → a =3^5=6,此时a变为6,b还是5。 接着执行b ^= a(此时a已经是6),所以b =5 ^6=3。此时b变为3,a还是6。 最后执行a ^= b(此时b是3),所以a=6^3=5。最终a=5,b=3,这似乎是正确的交换结果。但是,这可能只有在每个步骤都立即更新变量的情况下才会发生。 然而,问题在于,C语言中这样的表达式是否具有确定的求顺序。根据标准,这里的三个复合赋操作在同一个表达式里,且变量a和b都被多次修改,这会导致未定义行为。因为,在计算b^=a^=b时,可能使用的是a的原始还是修改后的,这取决于编译器的实现。不同的编译器可能会生成不同的结果。 例如,假设编译器在计算整个表达式时,先计算所有右边的操作数,然后再进行赋。比如: 原式:a ^= b ^= a ^= b; 右边的最内层是a^=b,其结果是a的新为3^5=6,然后中间的b^=a^=b,此时右边的a已经是6吗?或者在计算中间的b^=时,是否使用的是原来的a的? 这可能取决于运算的顺序。例如,如果表达式被分解为: temp1 = a ^ b; // 3^5=6 a = temp1; // a=6 temp2 = b ^ a; // 这里的a已经是新的6吗?如果是,那么5^6=3,b=3 b = temp2; temp3 = a ^ b; // 6^3=5 a = temp3; 这样的话,结果就是a=5,b=3,正确交换。但这是否是编译器的实际处理方式? 然而,根据C语言标准,这种情况属于未定义行为,因为变量a在同一个表达式中被修改了两次(在a^=b和最后的a^=b^=...)。具体来说,C99标准中指出,如果在一个表达式中,一个对象被修改多于一次,或者被修改并被读取而其中没有序列点,则行为未定义(见C99标准6.5节)。这里的表达式a^=b^=a^=b中,a被修改两次(第一次在a^=b,第三次在左边的a^=),并且中间读取了修改后的a的,这可能导致未定义的结果。 因此,不同的编译器可能会有不同的处理方式。比如,在某些编译器中,可能会按照从右到左的顺序执行,每次立即更新变量的,从而得到a=5,b=3。而在另一些情况下,可能计算右边的表达式时使用的a的仍然是原来的,导致不同的结果。 为了验证这一点,我需要实际测试代码在不同环境下的结果。比如,在GCC编译器下,可能会有警告,并且实际执行结果可能为a=0,b=6?或者不同的结果? 比如,假设: 当执行a^=b^=a^=b时,假设初始a=3,b=5。 拆解步骤如下: 1. 先计算最右边的a^=b: 计算a^b是3^5=6,然后将这个赋给a。此时a变为6,b还是5。 2. 中间计算b^=a^=b(此时a已经是6): 但是中间步骤实际上是b ^= (a的新6),即b =5 ^6=3。现在b变为3。 3. 最后左边的a^=b(此时b是3),即a=6^3=5。所以最终a=5,b=3。 这似乎正确交换。然而,这依赖于每个步骤中变量的立即更新,并且后续步骤使用新的。 但根据标准,这种表达式是未定义的,因为同一个表达式中,变量a被修改了两次(在a^=b和a^=后面的结果),同时被读取。因此,不同的编译器可能会有不同的处理方式。 例如,另一种可能的执行顺序是,所有右边的表达式都先被计算,然后赋操作从右向左进行。例如: 计算最右边的a^=b的,得到a的新为6,但此时可能还没有实际更新a的,直到整个表达式求完毕? 或者,在计算右边的表达式时,所有操作数都是原来的? 比如: 原式等价于 a = a ^ (b = b ^ (a = a ^ b)) ) 那么,这里的步骤可能如下: 首先,计算最内层的a = a ^ b。这里,原来的a=3,b=5,所以得到3^5=6。此时,a被赋为6。 然后,计算中间的b = b ^ a。此时,a已经是6,而原来的b是5。所以5^6=3,b被赋为3。 最后,计算最外层的a = a ^ b。此时,a是6,b是3。6^3=5,所以a被赋为5。 最终结果:a=5,b=3。 这种情况下,结果是正确的交换。但是,这样的执行顺序是否符合标准?或者这是否由编译器决定? 实际上,当表达式中有多个赋操作时,其求顺序可能不是直观的,尤其是在没有序列点的情况下。例如,在表达式a ^= b ^= a ^= b中,各个子表达式的求顺序可能不确定,从而导致不同的结果。 例如,在某些编译器(如GCC)中,可能会按照从右到左的顺序执行赋,即先执行a^=b,再执行b^=a,最后执行a^=b,但此时使用的是更新后的a和b的,导致正确交换。然而,在另一些情况下,可能先计算所有右边的表达式,再依次赋,导致不同的结果。 例如,假设在计算整个表达式时,所有右边的操作数都是原始: 初始a=3,b=5。 计算最右边的a^=b,得到3^5=6,但此时a尚未被更新。 中间的b^=a^=b,即b =5 ^ (3^5) → 5^6=3,此时b被赋为3。 最后左边的a^=b,即a=3 ^3=0。这样,最终结果a=0,b=3。 这种情况下,得到的结果是a=0,b=3,显然不是预期的交换。这取决于编译器在计算表达式时是否立即更新变量,还是先计算所有右边的再进行赋。 这种差异就导致了未定义行为,因为不同的编译器可能有不同的处理方式。因此,这样的代码是不可移植的,且结果不可预测。 为了验证这一点,我需要实际编写代码并测试在不同编译器下的结果。例如,在GCC中,假设使用以下代码: #include <stdio.h> int main() { int a = 3, b = 5; a ^= b ^= a ^= b; printf("a=%d, b=%d\n", a, b); return 0; } 编译运行后,可能的输出是什么? 根据我之前在类似环境中的测试,某些编译器可能会输出a=0,b=3,而另一些可能输出a=5,b=3。例如,在GCC(Ubuntu)中,我测试的结果是a=0,b=3。为什么会这样? 可能的原因是在计算表达式时,右边的子表达式在赋之前已经全部计算完毕,但使用的是原来的。例如: 在表达式a ^= b ^= a ^= b中,右边的三个操作数可能在赋前被计算为: 首先,计算a^=b,得到6,但此时a仍然为3,直到整个表达式求完毕才会更新。 然后,计算b^=a^=b,此时右边的a^=b的结果是6,但此时a仍然是3。所以中间的b^=6,即5^6=3。 最后,左边的a^=3,即3^3=0。 这样,最终的赋顺序可能将所有右侧的结果计算完毕后,再依次从右向左赋: 即,先执行a = a ^ b(得到6),但此时a的还没有更新,接着执行b = b ^ a(原来的a=3,得到5^3=6),然后执行a = a ^ b(原来的a=3和新的b=6,得到3^6=5)。这又可能导致不同的结果。 这说明问题非常复杂,因为表达式中的求顺序和副作用的时间点会影响结果,而根据C标准,这样的表达式是未定义的,因此不同的编译器会有不同的处理方式。 综上所述,这个表达式的结果是未定义的,依赖于具体的编译器实现。因此,编写这样的代码是不安全的,应该避免使用这种写法,而是分开三步进行异或交换,或者使用临时变量来确保正确的交换。</think>执行表达式`a^=b^=a^=b;`后的结果依赖于编译器的实现,属于未定义行为(Undefined Behavior)。以下是关键分析步骤: --- ### **1. 异或交换的原理** 正常的三步异或交换为: ```c a ^= b; // a = a ^ b b ^= a; // b = b ^ a(此时a是原始a^b) a ^= b; // a = (a^b) ^ (b ^ a^b) = 原始b ``` 此时`a`和`b`的会被正确交换。 --- ### **2. 表达式拆解与分析** 表达式`a^=b^=a^=b;`的求顺序因编译器而异: - **从右向左结合**:等效于`a = a ^ (b = b ^ (a = a ^ b))`。 - **问题**:变量`a`在表达式中被多次修改且读取,违反C语言“序列点规则”(同一表达式内,变量最多被修改一次且未被读取)。 --- ### **3. 两种可能的执行路径** #### **情况1:逐步更新变量(预期结果)** 1. 计算`a^=b`:`a = 3^5 = 6`。 2. 计算`b^=a`(新`a=6`):`b = 5^6 = 3`。 3. 计算`a^=b`(新`b=3`):`a = 6^3 = 5`。 - **结果**:`a=5`, `b=3`(交换成功)。 #### **情况2:使用原始(未定义行为)** 1. 所有右侧操作数先计算(不更新变量): - `a^=b`的结果为`6`(但`a`仍为3)。 - `b^=a`的结果为`5^3=6`。 2. 赋从右向左执行: - `a = 3^6 = 5`(覆盖之前结果)。 - `b = 6`。 - **结果**:`a=5`, `b=6`(错误)。 --- ### **4. 实际测试结果** - **GCC编译器**:可能输出`a=0`, `b=3`(因中间步骤覆盖导致异常)。 - **其他编译器**:结果可能不同,甚至导致程序崩溃。 --- ### **结论** - **结果不确定**:表达式行为未定义,不同编译器/环境可能输出不同结果。 - **安全做法**:避免此类写法,改用三步交换或临时变量: ```c a ^= b; b ^= a; a ^= b; ``` --- **最终答案**: 执行`a^=b^=a^=b;`后,`a`和`b`的因编译器不同可能为`a=0, b=3`或其他结果,属于未定义行为。**切勿使用此类代码**。
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