Java 不使用第三方變量交換兩個變量值的四種方法詳解

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哈嘍，大傢好，我是阿Q。前幾天有個小夥伴去面試，被面試官的一個問題勸退瞭：請說出幾種不使用第三方變量交換兩個變量值的方法。

問題有點繞，好不容易縷清瞭面試官的問題，卻發現答不上來。一時間尷尬無比，隻能硬著頭皮說不會。

遇到交換變量值的問題，通常我們的做法是：定義一個新的變量，借助它完成交換。

代碼如下：

t = a;
a = b; 
b = t;

但問題的重點是“不使用第三方變量”，那就變得“可愛”起來瞭。思考過後，拋出以下四種方法來解決該問題：

  • 變量本身交換數值；
  • 算術運算；
  • 指針地址操作；
  • 位運算；

變量本身交換數值

b = (a + b) - (a = b);

首先執行 a + b 操作，然後將 b 賦值給 a，則 b = a + b - b = a，這就完成瞭 ab 的互換操作。

算術運算

如圖所示：

OA = a;

OB = b;

AB = b – a;

首先我們把 AB 之間的距離 b – a 賦值給 a，此時 AB = a, OB = b 。

由於要達到 ab 交換的目的，所以 OA 要等於 b，而此時 OA 的距離為 b – a ，所以得將 b – a 賦值給 b ，此時 OA = b， AB = a 。

很容易從圖中看出，OB 的距離為 b + a，所以我們隻需要將 b + a 賦值給 a 就可以完成兩者的交換瞭。

綜上所述，我們的步驟為

int a = 10;
int b = 15;
a = b - a; //b=15;a=5;
b = b - a; //b=10;a=5;
a = b + a; //b=10;a=15;

該算法隻能用於整型類型。

指針地址操作

我們可以把 a 和 b 想象為內存中的地址值，假設 a 為 0x01ff5e70 ，b 為 0x01ff5e90 ，而 b – a 表示兩個變量在內存中的儲存位置隔瞭多少個字節。所以我們理論上也可以按算術運算的邏輯來交換兩個變量的值。

代碼如下（此處是 c 語言）：

//其中 a 和 b 都是指針變量，裡邊存儲著10和20的地址
int *a = new int(10); //a=0x01ff5e70 ，此處代表a中存儲的地址
int *b = new int(20); //b=0x01ff5e90 ，此處代表b中存儲的地址

//指針變量相減得到20和10的地址間隔瞭多少個字節，然後轉為指針變量
a = (int*)(b-a); 	//b=0x01ff5e90;a=0x8
b = (int*)(b-a); 	//b=0x01ff5e70;a=0x8
a=(int*)(b+long(a));//b=0x01ff5e70;a=0x01ff5e90

b – a = 0x01ff5e90 – 0x01ff5e70 = 0x20，0x20 轉換為十進制為 32 位，因為一個 int 占4位，所以這裡是 0x8 。

以上隻是理論狀態下的執行過程，如果直接執行是不能實現交換的。因為上邊的代碼忽略瞭一個問題：代碼編譯之後，變量都是存在內存中的，而內存區都會存在基地址。

基地址可以理解為某塊內存的起點。上邊的數據都是在基地址的基礎上做瞭偏移。

變量的地址 = 變量的基地址 + 變量的偏移地址

當我們進行 b – a 操作的時候，得到結果為 8 ，然後轉化為指針變量的時候就會給 8 自動添加基地址，此時的結果就不是 0x8 瞭，所以會導致結果錯誤。

另外，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 ，系統自動采用補碼的形式表示負的位移，也會產生錯誤。

為瞭解決這個問題，我們隻需要保證 b – a 得到的結果不受基地址的影響即可，所以給出以下解決方案。

int *a = new int(10);
int *b = new int(20); 
cout << a << "`````";
cout << b << "`````";
if(a < b){
	a = (int*)(b-a); 
	cout << a << "`````";

	b=(int*)(b-(long(a)&0x0000ffff));
	cout << b << "`````";
	
	a=(int*)(b+long(a));
	cout << a << "`````";
} else {
	b = (int*)(a-b); 
	cout << b << "`````";

	a=(int*)(a-(long(b)&0x0000ffff));
	cout << a << "`````";
	
	b=(int*)(a+long(b));
	cout << b << "`````";
}

執行結果:

0x8dbe70““`0x8dbe90““`0x8““`0x8dbe70““`0x8dbe90““`

看到這，不知道大傢是否真的看懂瞭。反正我第一次看到這兒時，感覺非常清晰（其實完全沒有理解），第二次看的時候懵逼瞭，完全不懂，所以還得大傢仔細思考一下才行。

b=(int*)(b-(long(a)&0x0000ffff)); 指令的精妙之處就在於采用瞭位運算中的與運算，將 a 和 0x0000ffff 進行與運算後，b – a 的基地址計算結果被屏蔽，隻保留瞭偏移地址的計算結果，也就是我們需要的字節數。

在交換很大的數據類型時，該方法執行速度比算術算法快。因為它交換的是地址，而變量值在內存中是沒有移動過的。

位運算

既然上邊用到瞭位運算，那我們再說一種直接通過“異或“完成交換的方法。

簡單介紹一下異或的規則：

  • 如果a、b兩個值不相同，則異或結果為1；
  • 如果a、b兩個值相同，異或結果為0。

代碼如下

int a=10, b=12;//二進制：a=1010;b=1100;
a = a^b;//a=0110;b=1100
b = a^b;//a=0110;b=1010
a = a^b;//a=1100;b=1010
System.out.println("a="+ a +",b="+ b);

執行結果

a=12,b=10

異或運算能夠使數據中的某些位翻轉，其他位不變。這就意味著任意一個數與任意一個給定的值連續異或兩次，值不變。

簡單總結

以上四種方法均實現瞭不借助第三方變量來完成兩個變量值的交換：

  • 算術運算和位運算計算量相當，隻能進行整形數據的交換；
  • 地址運算中計算較復雜，可以很輕松的實現大類型（比如自定義的類或結構）的交換；
  • 理論上重載 “^” 運算符，也可以實現任意結構的交換； 

到此這篇關於Java 不使用第三方變量交換兩個變量值的四種方法詳解的文章就介紹到這瞭,更多相關Java 變量值交換內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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