大數(shù)據(jù)Java-交換變量的 3 種方式

本話題要討論的是一道面試題目：交換兩個變量的值。兩個變量而已，看似再簡單不過了，不過一道簡單的題目可以使用多種方式來完成， 其中有比較普通的實現(xiàn)， 也有相對高明的實現(xiàn)，雖然是一道簡單的題目，但是通過面試者對該題目的認(rèn)知能力，就可以看出面試者的水平。

重點(diǎn)摘要：

1 通過中間變量交換。

2 通過求和與求差交換。

3 通過異或交換。

通過第 3 個變量

首先，我們給出最簡單的方式。

【例】 交換兩個變量的值。

package chapter2;
2.
3. public class Swap {
4. public static void main(String[] args) {
5. int x = 5;
6. int y = 10;
7. swap(x, y);
8. System.out.println(x);
9. System.out.println(y);
10. Value v = new Value(5, 10);
11. swap(v);
12. System.out.println(v.x);
13. System.out.println(v.y);
14. }
15. //無效的交換
16. public static void swap(int x, int y) {
17. int temp = x;
18. x = y;
19. y = temp;
20. }
21. //有效的交換
22. public static void swap(Value value) {
23. int temp = value.x;
24. value.x = value.y;
25. value.y = temp;
26. }
27.}
28.
29.class Value {
30. int x;
31. int y;
32.
33. public Value(int x, int y) {
34. this.x = x;
35. this.y = y;
36. }
37.}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

5
10
10
5

這個程序同時給出了有效的交換（第22～26 行）與無效的交換（第16～20 行）。因為形參的改變是無法反作用于實參的，所以不能使用變量交換的方式，而是要使用通過引用來修改其成員變量的方式。這就類似與C / C++的語言中的指針效果。

通過相加的方式

通過第3個臨時變量，可以成功交換兩個變量的值，不過，有時，面試題目的要求會比較苛刻，就是不允許借助于臨時變量。這樣，就有些復(fù)雜了。
【例】 交換兩個變量的值2。

package chapter2;
2.
3. public class Swap2 {
4. public static void main(String[] args) {
5. Value v1 = new Value(5, 10);
6. swap(v1);
7. System.out.println("v1
的交換結(jié)果：
");
8. System.out.println(v1.x);
9. System.out.println(v1.y);
10. Value v2 = new Value(1200000000, 1500000000);
11. swap(v2);
12. System.out.println("v2
的交換結(jié)果：
");
13. System.out.println(v2.x);
14. System.out.println(v2.y);
15. Value v3 = new Value(-1200000000, -1500000000);
16. swap(v3);
17. System.out.println("v3
的交換結(jié)果：
");
18. System.out.println(v3.x);
19. System.out.println(v3.y);
20. }
21.
22. public static void swap(Value v) {
23. v.x = v.x + v.y;
24. v.y = v.x - v.y;
25. v.x = v.x -v.y;
26. }
27.}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

v1的交換結(jié)果：

10
5

v2的交換結(jié)果：

1500000000
1200000000

v3的交換結(jié)果：

-1500000000
-1200000000

核心部分就是swap 方法（第22～26 行），該方法的3 條語句解釋為：

v.x = v.x + v.y; //
將
v.x
與
v.y
的和存儲在
v.x
中
v.y = v.x - v.y; //v.x – v.y
的值就是以前
v.x
的值，賦值給
v.y
v.x = v.x -v.y; //v.x – v.y
的值就是以前
v.y
的值，賦值給
v.x

這樣，沒有通過臨時變量，也同樣交換了兩個變量的值。也許上面的方法一時不太容易理解，那么可以這樣考慮：

int z = v.x + v.y;v.y = z – v.y;v.x = z - v.y;

只不過這里使用另外一個變量z，而上面使用v.x 來存儲v.x 與v.y 的和，但是交換的效果是相同的。
注意程序的第10 行與第15 行，v.x 與v.y 的初始值非常大（?。?，這樣一來，當(dāng)執(zhí)行swap方法時（以第10 行為例）：

v.x = v.x + v.y;

十六進(jìn)制求和如下所示：

47868c00
（
v.x
）
+ 59682f00
（
v.y
）
結(jié)果：
a0eebb00
（
v.x + v.y
）

注意這個結(jié)果的最高位為1，結(jié)果為負(fù)數(shù)（十進(jìn)制值為1594967296，也就是v.x 與v.y 的和已經(jīng)超過了int 類型的最大（?。┲担l(fā)生溢出。
執(zhí)行接下來的語句：

v.y = v.x - v.y;

這個計算就是使用溢出后的值1594967296減去v.y（1500000000），從int 類型的求差角度來說，結(jié)果再一次溢出了，十六進(jìn)制求差如下所示：

a0eebb00
（
v.x + v.y
）
 
59682f00
（
v.y
）
結(jié)果：
47868c00
（結(jié)果
v.y
）

經(jīng)過兩次溢出以后，又再次得出了我們期望的值。同樣，swap 方法的第3 條語句：

v.x = v.x -v.y;

a0eebb00
（
v.x + v.y
）
 
47868c00
（
v.y
）

結(jié)果：59682f00（結(jié)果v.x）
也是發(fā)生了溢出，不過最后的差值也得出了期望的結(jié)果?？梢钥闯?，當(dāng)兩個數(shù)之和很大（?。r，雖然發(fā)生了溢出，不過最后還是陰差陽錯地得到了正確的結(jié)果。盡管結(jié)果正確，這種相加的方式還不算十分可取。

通過異或的方式

位異或運(yùn)算符（^）有這樣一個性質(zhì)，就是兩個整型數(shù)據(jù)x 與y，有：

(x ^ y ^ y) == x

這說明，如果一個變量x 異或另外一個變量y 兩次，結(jié)果為x。通過這一點(diǎn)，可以實現(xiàn)交換變量的值。

【例】交換兩個變量的值3。

1. 1.package chapter2;
   2.
   3. public class Swap3 {
   4. public static void main(String[] args) {
   5. Value v = new Value(5, 10);
   6. swap(v);
   7. System.out.println(v.x);
   8. System.out.println(v.y);
   9. }
   10.
   11. public static void swap(Value v) {
   12. v.x = v.x ^ v.y;
   13. v.y = v.x ^ v.y;
   14. v.x = v.x ^ v.y;
   15. }
   16.}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

10
5

swap 方法（第11～15 行）并不復(fù)雜，只有3 條語句：

v.x = v.x ^ v.y; (1)
v.y = v.x ^ v.y; (2)
v.x = v.x ^ v.y; (3)

可以這樣看：執(zhí)行（1）后，v.x 的值就是v.x（異或運(yùn)算之前的值）與v.y 異或后的結(jié)果。類似數(shù)學(xué)上的代入法，將v.x（值為v.x ^ v.y）代入（2）中，于是（2）賦值運(yùn)算符（=右側(cè)的表達(dá)式相當(dāng)于：

v.x ^ v.y ^ v.y //v.x與v.y都是運(yùn)算之前的值

這個值就是v.x（異或運(yùn)算之前的值）、然后賦值給左側(cè)的v.y。此時，v.y 的值就是異或運(yùn)算之前v.x 的值。然后將v.x（值為v.x ^ v.y）、v.y（值為異或運(yùn)算之前v.x 的值）代入（3）中賦值運(yùn)算符右側(cè)，代入后表達(dá)式相當(dāng)于：

v.x ^ v.y ^ v.x //v.x與v.y都是運(yùn)算之前的值

。推薦：http://www.lemonpai.com/1508.html

這個值就是v.y，然后賦值給v.x，至此，完成兩個變量的交換。異或方式要比相加方式更加可取，因為異或運(yùn)算不涉及溢出。綜合這3 種方式而言，第1 種方式最容易理解，第3 種方式相對成熟老練，如果是個人編寫程序，建議還是使用最簡單的方式，這樣不容易出錯，而且代碼具有可讀性，便于后期的維護(hù)，如果是在面試過程中，那就可以選擇第3 種方式來證明下自己的能力。

總結(jié)：

1. 1.      一個變量x 異或另一個變量y 兩次，結(jié)果的值為x。
   2. 異或運(yùn)算可以交換兩個變量的值，并且這種方式比相加交換的方式更可取些。

舉一反三
既然相加（第2 種方式）能夠?qū)崿F(xiàn)交換兩個變量的值，那么相減肯定也能實現(xiàn)。編寫一個程序，不要借助第3 個臨時變量，實現(xiàn)相減操作交換兩個變量的值。

本文作者梁勇出自檸檬派，請注明出處