交換兩個整型數各種方法總結

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交換兩個整型數是C/C++中最常見的操作。

實現這個操作的方法很多。

最基本的方法就是使用一個臨時變量，具體的代碼如下：

int a,b;
int tmp;
tmp=a;
a=b;
b=tmp;

 如果以函數的形式寫出來的話就是：

void swap(int *a,int *b)
{
int tmp;
tmp=*a;
*a=*b;
*b=tmp;
}

 在C++中，可以使用引用來實現的比較優雅：

void swap(int& a,int &b)
{
int tmp;
tmp=a;
a=b;
b=tmp;
}

 另外，還經常出現的一種情況是不使用臨時變量來交換兩個整型數，一般常見的方法有兩種：加法和異或運算，具體如下表所示：

void swap1(int& x,int& y) { x=x+y; y=x-y; x=x-y; }	void swap2(int &x,int &y) { x=x-y; y=x+y; x=y-x; }	void swap3(int& x,int& y) { x ^= y; y ^= x; x ^= y; }
x和y同號的情況下容易溢出	x和y異號的情況下容易溢出

左邊的兩種交換也存在問題就是整數的溢出。

還有一種情況就是輸入是swap(a,a)的情況。這樣的話就會出問題。

所以更嚴謹的做法如下：

void swap4(int &x,int &y) { if(x==y) return ; if((x>0&&y>0)||(x<0&&y<0)) { x=x-y; y=x+y; x=y-x; } else{ x=x+y; y=x-y; x=x-y; } }	void swap5(int &x,int &y) { if(x==y) return; x^=y; y^=x; x^=y; }
	void swap7(int &x,int &y) { if(x==y) return; y=x+y-(x=y); }

 引申：

在C++中支持模板操作，所以，可以利用這個寫一個通用的swap操作：

template <class T>
void swap ( T& a, T& b )  
{  
T c(a); 
a=b; 
b=c;  
} 

 這個其實是C++標準模板庫中函數。該函數可以交換任意兩個類型： 

// swap algorithm example
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main () {
  int x=10, y=20;                         // x:10 y:20
  swap(x,y);                              // x:20 y:10

  vector<int> first (4,x), second (6,y);  // first:4x20 second:6x10
  swap(first,second);                     // first:6x10 second:4x20

  cout << "first contains:";
  for (vector<int>::iterator it=first.begin(); it!=first.end(); ++it)
    cout << " " << *it;
//first contains: 10 10 10 10 10 10
  cout << endl;
  return 0;
}

 除此之外，在標準C++中string,vector,map,set等容器都是有swap函數的。

 下面是一些簡單的例子：

 

// swap strings #include <iostream> #include <string> using namespace std; main () { string buyer ("money"); string seller ("goods"); cout << "Before swap, buyer has " << buyer; cout << " and seller has " << seller << endl; seller.swap (buyer); cout << " After swap, buyer has " << buyer; cout << " and seller has " << seller << endl; //Before swap, buyer has money and seller has goods //After swap, buyer has goods and seller has money return 0; }

// swap vectors #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int main () {   unsigned int i;   vector<int> first (3,100);   // three ints with a value of 100   vector<int> second (5,200);  // five ints with a value of 200   first.swap(second);   cout << "first contains:";   for (i=0; i<first.size(); i++) cout << " " << first[i];   cout << "\nsecond contains:";   for (i=0; i<second.size(); i++) cout << " " << second[i]; //first contains: 200 200 200 200 200  //second contains: 100 100 100    cout << endl;   return 0; }

// swap maps #include <iostream> #include <map> using namespace std; int main () {   map<char,int> foo;   map<char,int> bar;   map<char,int>::iterator it;   foo['x']=100;   foo['y']=200;   bar['a']=11;   bar['b']=22;   bar['c']=33;   foo.swap(bar);   cout << "foo contains:\n";   for ( it=foo.begin() ; it != foo.end(); it++ )     cout << (*it).first << " => " << (*it).second << endl;   cout << "bar contains:\n";   for ( it=bar.begin() ; it != bar.end(); it++ )     cout << (*it).first << " => " << (*it).second << endl;   return 0; } foo contains: a => 11 b => 22 c => 33 bar contains: x => 100 y => 200

// swap sets #include <iostream> #include <set> using namespace std; main () {   int myints[]={12,75,10,32,20,25};   set<int> first (myints,myints+3);     // 10,12,75   set<int> second (myints+3,myints+6);  // 20,25,32   set<int>::iterator it;   first.swap(second);   cout << "first contains:";   for (it=first.begin(); it!=first.end(); it++) cout << " " << *it;   cout << "\nsecond contains:";   for (it=second.begin(); it!=second.end(); it++) cout << " " << *it;   cout << endl;   return 0; } first contains: 20 25 32 second contains: 10 12 75

 

另外，還有不使用臨時變量交換N個整型數的操作， 

有N（N>=2）個變量，不使用臨時變量，如何順次交換它們的值？能否只用一條語句實現？如

 

+---+---+---+---+---+
| a | b | c | d | e |
+---+---+---+---+---+
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
+---+---+---+---+---+

 

要把它變爲

 

+---+---+---+---+---+
| a | b | c | d | e |
+---+---+---+---+---+
| 2 | 3 | 4 | 5 | 1 |
+---+---+---+---+---+

 

怎樣實現？

 

首先，我們考慮用異或實現兩個變量的交換，可參考我的這篇文章《不用臨時變量交換兩個數的值》。用C++寫函數如下：

 

int &swap(int &a, int &b)
{
    b = b ^ a;
    a = a ^ b;
    b = b ^ a;

    return b;
}

然後可以把代碼優化爲：

int &swap(int &a, int &b)
{
    b ^= a;
    a ^= b;
    b ^= a;

    return b;
}

繼續優化，把三句壓縮爲一句，如下：

int &swap(int &a, int &b)
{
    b ^= a ^= b ^= a;
    
    return b;
}

還可再優化，如下：

int &swap(int &a, int &b)
{
    return (b ^= a ^= b ^= a);
}

現在來順次交換5個變量的值，如下：

swap(a, b);        //返回b

swap(b, c);        //返回c

swap(c, d);        //返回d

swap(d, e);        

既然有返回值，那麼可以寫成鏈式的，如下：

swap(a, b);                                 //返回b

swap(swap(a, b), c);                        //返回c

swap(swap(swap(a, b), c), d);               //返回d

swap(swap(swap(swap(a, b), c), d), e);        

現在，讓我們來把swap函數依次用相應的函數體替換掉，如下：

e ^= d ^= e ^= swap(swap(swap(a, b), c), d);

e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= swap(swap(a, b), c);

e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= swap(a, b);

e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= b ^= a ^= b ^= a;

好了，最後一個語句就實現了順次交換五個變量的值，寫程序驗證如下： 

 

#include <stdio.h>
#define PRINT(A) do {/
    printf("%d/n", A);/
    } while (0)
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = 3;
    int d = 4;
    int e = 5;

//    b ^= a ^= b ^= a;        // swap(a, b)
//    c ^= b ^= c ^= b;        // swap(b, c)
//    d ^= c ^= d ^= c;        // swap(c, d)
//    e ^= d ^= e ^= d;        // swap(d, e)

    e ^= d ^= e ^= d ^= c ^= d ^= c ^= b ^= c ^= b ^= a ^= b ^= a;

    PRINT(a);
    PRINT(b);
    PRINT(c);
    PRINT(d);
    PRINT(e);

    return 0;
}