不使用第三變量交換兩個變量的值

用PHP寫一段代碼,實現不使用第3個變量,交換$a、$b的值,$a、$b的初始值自己定。

$a="hello";

$b="world";

在Vb語言中,有直接的函數實現兩個變量的互換,而在PHP中,確實還不是那麼容易。

這裏介紹三種實現。分別爲通過字符串截取,與通過異或運算和數組來解決。

首先介紹第一種方法:字符串截取。

<?php
$a="hello";
$b="world";
echo "交換前:".$a.$b;
$a = $a . $b;    //先將兩個字符串連接並賦值給第一個。
$b = strlen( $b );    //獲取第二個的長度;
$b = substr( $a, 0, (strlen($a) - $b ) );  //對合並後的字符串截取,並給第二個變量賦值
$a = substr( $a, strlen($b) );//繼續截取,賦值給第一個變量
echo "交換後:".$a.$b;
?>

以上方法使用字符串的截取操作:substr(),可以實現不通過第三方變量的實現變量值交換操作。

下面介紹第二種方法,通過異或操作符:^

<?php
$a="hello";
$b="world";
echo "交換前:".$a.$b;
$a = $a^$b;//異或操作
$b = $b^$a;//異或操作
$a = $a^$b;//異或操作
echo "交換後:".$a.$b;
?>

通過異或運算將二進制位值0,1互換,兩次異或其值不變。

以上方法通過三次異或操作,也實現了字符串的互換操作。

再介紹第三種方法,通過數組來實現:

<?php

   $a = array(1,3,4);
    $b = 12;
    echo "交換前:\$a=";
    var_dump($a);
    echo ",\$b=";
    var_dump($b);
    echo "<br>";
    list($b, $a) = array($a, $b);
    echo "交換後:\$a=";
    var_dump($a);
    echo ",\$b=";
    var_dump($b);
    echo "<br>";

?>

本次問題由網上搜羅而來。

小議不引入第三變量的變量交換【轉】

前幾天發現了一個問題:有人告訴我,要進行變量交換,就必須引入第三變量!  
假設我們要交換a和b變量的值,如果寫成  
int a=5,b=10;  
a=b;  
b=a;  
那麼結果就是兩個都是10,理由不言而喻。  
所以就應該引入第三變量,在a的值被覆蓋之前就把a的值保留好。  
int a=5,b=10,tmp;  
tmp=a;  
a=b;  
b=tmp;  
這樣,就要引入了第三個變量,然而,我們能不能不引入第三變量來實現變量交換呢?  
答案自然是肯定的,首先我們可以這樣設想,如果a的值被覆蓋了,那麼就沒法知道b應該放什麼值了,  
所以,我們要保留a的值,因此我們可以把a和b的值合起來,放在a裏,再把合起來的值分開,分別放到b和a中:  
int a=5,b=10;  
a=a+b;   //a=15,b=10  
b=a-b;   //a=15,b=5  
a=a-b;   //a=10,b=5  
但是這樣做有一個缺陷,假設它運行在vc6環境中,那麼int的大小是4 Bytes,所以int變量所存放的最大值是2^31-1即2147483647,如果我們令a的值爲2147483000,b的值爲1000000000,那麼a和b相加就越界了。  
事實上,從實際的運行統計上看,我們發現要交換的兩個變量,是同號的概率很大,而且,他們之間相減,越界的情況也很少,因此我們可以把上面的加減法互換,這樣使得程序出錯的概率減少:  
int a=5,b=10;  
a-=b;   //a=-5,b=10  
b+=a;   //a=15,b=5  
a+=b;   //a=10,b=5  
通過以上運算,a和b中的值就進行了交換。表面上看起來很簡單,但是不容易想到,尤其是在習慣引入第三變量的算法之後。  
它的原理是:把a、b看做數軸上的點,圍繞兩點間的距離來進行計算。  
具體過程:第一句“a-=b”求出ab兩點的距離,並且將其保存在a中;第二句“b+=a”求出a到原點的距離(b到原點的距離與ab兩點距離之差),並且將其保存在b中;第三句“a+=b”求出b到原點的距離(a到原點距離與ab兩點距離之和),並且將其保存在a中。完成交換。  
此算法與引入第三變量的算法相比,多了三個計算的過程,但是沒有藉助臨時變量,因此我們稱之爲算術交換算法。  
 
因外上面的算術交換算法有導致變量溢出的危險,所以我們再想辦法引入一個邏輯運算——位異或,也能得到交換效果,而且不會導致溢出。  
位異或運算符是“^”,它的作用是按照每個位進行異或運算,異或運算有一個特點:  
通過異或運算能夠使數據中的某些位翻轉,其他位不變。這就意味着任意一個數與任意一個給定的值連續異或兩次,值不變。 即:a^b^b=a。將a=a^b代入b=a^b則得b=a^b^b=a;同理可以得到a=b^a^a=b;  
如存在c=a^b;這種關係後,任意給出兩個變量進行位異或運算,都能得到剩下的第三個變量:  
a=b^c;  
b=a^c;  
c=a^b;  
因此位異或也常用於密碼學中。  
因爲它是按位進行運算的,因此沒有溢出的情況,在這裏,我們運用位異或運算來交換變量的值。  
int a=10,b=12; //a=1010^b=1100;  
a=a^b; //a=0110^b=1100;  
b=a^b; //a=0110^b=1010;  
a=a^b; //a=1100=12;b=1010;  
輕鬆完成交換。  
理論上重載“^”運算符,也可以實現任意結構的交換 
 
另外,如果變量較大,或者交換較複雜的類,這樣交換也是很慢的,因此可以使用指針交換, 
因爲對地址的操作實際上進行的是整數運算,比如:兩個地址相減得到一個整數,表示兩個變量在內存中的儲存位置隔了多少個字節;地址和一個整數相加即“a+10”表示以a爲基地址的在a後10個a類數據單元的地址。所以理論上可以通過和算術算法類似的運算來完成地址的交換,從而達到交換變量的目的。即:  
int *a,*b;  
*a=new int(10);  
*b=new int(20); //&a=0x00001000h,&b=0x00001200h  
a=(int*)(b-a); //&a=0x00000200h,&b=0x00001200h  
b=(int*)(b-a); //&a=0x00000200h,&b=0x00001000h  
a=(int*)(b+int(a)); //&a=0x00001200h,&b=0x00001000h  
通過以上運算a、b的地址真的已經完成了交換,且a指向了原先b指向的值,b指向原先a指向的值了嗎?上面的代碼可以通過編譯,但是執行結果卻令人匪夷所思!原因何在?  
首先必須瞭解,操作系統把內存分爲幾個區域:系統代碼/數據區、應用程序代碼/數據區、堆棧區、全局數據區等等。在編譯源程序時,常量、全局變量等都放入全局數據區,局部變量、動態變量則放入堆棧區。這樣當算法執行到“a=(int*)(b-a)”時,a的值並不是0x00000200h,而是要加上變量a所在內存區的基地址,實際的結果是:0x008f0200h,其中0x008f即爲基地址,0200即爲a在該內存區的位移。它是由編譯器自動添加的。因此導致以後的地址計算均不正確,使得a,b指向所在區的其他內存單元。再次,地址運算不能出現負數,即當a的地址大於b的地址時,b-a<0,系統自動採用補碼的形式表示負的位移,由此會產生錯誤,導致與前面同樣的結果。  
有辦法解決嗎?當然有,以下是改進的算法:  
if(a<b)  
{  
a=(int*)(b-a);  
b=(int*)(b-(int(a)&0x0000ffff));  
a=(int*)(b+(int(a)&0x0000ffff));  
}  
else  
{  
b=(int*)(a-b);  
a=(int*)(a-(int(b)&0x0000ffff));  
b=(int*)(a+(int(b)&0x0000ffff));  
}  
算法做的最大改進就是採用位運算中的與運算“int(a)&0x0000ffff”,因爲地址中高16位爲段地址,後16位爲位移地址,將它和0x0000ffff進行與運算後,段地址被屏蔽,只保留位移地址。這樣就原始算法吻合,從而得到正確的結果。  
此算法同樣沒有使用第三變量就完成了值的交換,與算術算法比較它顯得不好理解,但是它有它的優點即在交換很大的數據類型時,它的執行速度比算術算法快。因爲它交換的時地址,而變量值在內存中是沒有移動過的。 
 
以上四個算法均實現了不借助其他變量來完成兩個變量值的交換,相比較而言算術算法和位算法計算量相當,地址算法中計算較複雜,卻可以很輕鬆的實現大類型(比如自定義的類或結構)的交換,而算術算法和位算法只能進行整形數據的交換,而引用第三變量的算法無疑是最好的,能夠解決任意類型的交換問題。

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