"不使用第三个变量交换两个变量的值"可能存在潜在问题。

Question

我最近发现了一种不使用第三个变量就可以交换两个变量值的方法。

a^=b^=a^=b

但是当我在不同的编译器上尝试上述代码时，我得到了不同的结果，有些正确，有些不正确。

这段代码有什么严重的问题吗？

- Pattrick

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当然，实际上不会这样交换。使用临时变量，这样更干净，并且在现代硬件上执行速度更快。 - GManNickG

@Prasoon: 我已经厌倦了那些关于“我懂Java/C#，试着学习C++，在Java/C#中我们…”的问题。答案就是停下来读一本书。如果你不懂C++初学者，只有通过阅读初学者C++书籍来学习。没有捷径可走。试图通过另一种语言的“知识”来猜测是愚蠢的，就像因为你知道如何骑三轮车而试图驾驶飞机一样。 - GManNickG

@Paul: 不是的，Pattrick在这里提出的问题不同。他并非在询问“如何在不使用第三个变量的情况下交换两个变量的值”。 - Prasoon Saurav

我同意，“为什么A不起作用？”这个问题不应该被关闭为“如何做B？”并给出C作为解决方案的重复问题。 - Georg Fritzsche

@GMan：让我引用一位 MetaSO 用户的评论，我觉得这个评论完美地概括了 SO 的作用：“这是一个问答网站，不是一个‘复杂问题、深刻答案让你成长’的网站。人们应该能够提出简单的问题并得到简单的答案，这些答案可能只是被直接提供的。很多人只想编写可行的代码，而不是变得更有能力。”– Owen Sep 19 '08 at 21:23" - RCIX

Answer 1

这段代码有什么严重的问题吗？

有！

a^=b^=a^=b 实际上会在C和C++中引发未定义的行为，因为您尝试在两个序列点之间多次更改 a 的值。

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尝试编写以下代码（虽然并不完全可靠）

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

使用b ^= a ^= b ^= a 来交换两个变量的值。

P.S： 永远不要尝试在不使用第三个变量的情况下交换两个变量的值。始终使用第三个变量。

编辑：

正如@caf所指出的那样，b^=a^=b是可以的，即使^=运算符的参数计算顺序未指定，由于表达式中对b的所有访问都用于计算存储在b中的最终值，因此行为是良好定义的。

- Prasoon Saurav

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b的修改实际上是可以的，因为它只是读取来确定新值（b ^= a ^= b;也是可以的）。 - caf

@caf：但是=运算符的参数计算顺序是未指定的。 - Prasoon Saurav

@crypto：因为这种交换方法只适用于整数。 :-) - Prasoon Saurav

@Prasoon, 由于上述原因，这是未定义行为。a = b 不会按顺序计算相对于b的值。无论 b 是否包含对 a 自身的已排序副作用都没有关系。它们必须相对于 a = b 左操作数的值计算进行排序才能有效。 - Johannes Schaub - litb

b ^= a ^= b; 的定义和 i = a[i]; 一样，原因是它们都是定义有意义的。虽然 b 和 (a ^= b) 的求值顺序未指定，但在计算新值之前，两者都必须被求值。 - caf

Answer 2

如果你正在使用C ++，为什么不使用STL中的swap算法？它非常适合这个目的，并且很清楚它的作用：

#include <algorithm>
using namespace std;

// ...

int x=5, y=10;    // x:5 y:10
swap(x,y);        // x:10 y:5

- Component 10

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公平地说，这个问题也被标记为C语言。 - GManNickG

@GMan：说得好！我已经相应地编辑了我的答案。谢谢。 - Component 10

Answer 3

我建议你在c++中使用std::swap()。

对于c语言，使用这个宏。注意，你需要先比较a和b，否则当它们指向同一内存位置时，你会擦除该值并将其变为0。

#define swap(a, b)  ((a) == (b) || (a) ^= (b), (b) ^= (a), (a) ^= (b))

- grokus

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当 a == b 时，你如何计算最终结果为 0？最初，a = b = X。执行 a ^= b 后，a == 0。执行 b ^= a 后，b == X。最后，执行 a ^= b，则 a == X && b == X。这正是我们所期望的。 - Phil Miller

@Novelocrat，我指的是一种特殊情况，即a和b是同一内存位置时，您会清除该值。例如，int a = 5; int＆b = a; 我编辑了我的答案以澄清此问题。 - grokus

解决方案是检查(&a==&b)。 - flownt

@flownt，当然你可以这样做，但是即使a和b指向的地址不同但值相同，为什么还要费心去交换呢？ - grokus

Answer 4

基于 R. & sellibitze 的贡献：

使用逗号运算符：

 (a^=b,b^=a,a^=b);

来自文本和维基百科：

逗号运算符可用于将相关表达式链接在一起。逗号链接的表达式列表从左到右进行评估，最右侧表达式的值是组合表达式的值。它充当一个序列点。

序列点保证了所有先前评估的副作用都已经执行，并且尚未执行后续评估的任何副作用。它消除了原始表达式执行顺序不明确而产生的未定义行为。

- user191776

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那并没有帮助。原始语句与您的语句等效，两者都具有未定义的行为。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

我认为已编辑的版本应该是可行的，因为逗号是一个序列点。 - sellibitze

我认为这仍然是未定义的行为。它相当于 a = a ^ (a ^= b, b ^= a);，而 ^ 运算符的左侧可能在括号内表达式之前或之后被计算。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

当前版本已经定义。然而，与使用本地临时变量相比，它在现代CPU上的速度仍然很慢（当然，本地临时变量会被优化为寄存器）。 - Donal Fellows

@R..：版本已定义，因为逗号运算符有自己的序列点。a ^= b被完全评估，然后是b ^= a，然后是a ^= b。由于所有这些都是明确定义的，使用逗号运算符将它们串在一起也是明确定义的。当然，这并不适用于分隔函数参数的类似逗号。 - David Thornley

@David：自从我发表评论以来，答案已经再次编辑过了，从我的评论内容就可以看出来。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 5

按照以下方式进行：

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

- Matt Joiner

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这个答案有一个错误，请看我的答案。 - grokus

Answer 6

这个怎么样？

a = a + b;
b = a - b;
a = a - b;

- Benone Dorneanu

Answer 7

你也可以尝试以下这个方法，但如果数字太大，值会溢出。

a=a*b;
b=a/b;
a=a/b;

- Kumareshan

Answer 8

我想知道为什么没有人建议给表达式加括号。看起来这不再是未定义行为了。

a^=(b^=(a^=b));

- Hossein