在 C 語言中實現交換函式
Jinku Hu
2023年10月12日
本文將介紹幾種在 C 語言中實現交換函式的方法。
使用臨時變數在 C 語言中實現交換函式的方法
交換函式是對變數進行的典型操作。目前還沒有像 C++ 那樣的標準庫函式提供這個函式，因為 C++ 有 std::swap 函式。在本文中，我們實現了針對積分值的 swap 函式；即大部分函式取 long int 型別的引數，但人們總是可以為不同型別定義多個原型，並使用巨集擴充套件來保證通用功能。下面的例子演示了使用臨時變數的交換函式。請注意，儘管這是最簡單的實現，但在下面列出的其他版本中，這個版本相對來說是最快的（當使用編譯器優化時）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void swap(long *x, long *y) {
long tmp = *x;
*x = *y;
*y = tmp;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 3) {
printf("Usage: ./program first_number second_number/n");
return 1;
}
long x = strtol(argv[1], NULL, 0);
long y = strtol(argv[2], NULL, 0);
printf("x:%ld, y:%ld\n", x, y);
if (x != y) swap(&x, &y);
printf("x:%ld, y:%ld\n\n", x, y);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
示例命令：
./program 123 432
輸出：
x:123, y:432
x:432, y:123
使用算術運算來實現 C 語言中的交換函式
另外，也可以只用加法和減法運算實現交換函式。我們在函式中對傳遞的指標進行操作，從而直接修改引數值。在 main 函式中，在呼叫 swap 函式之前有一個 if 條件，以避免運算元相等時的呼叫。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void swap(long *x, long *y) {
*x = *x + *y;
*y = *x - *y;
*x = *x - *y;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 3) {
printf("Usage: ./program first_number second_number/n");
return 1;
}
long x = strtol(argv[1], NULL, 0);
long y = strtol(argv[2], NULL, 0);
printf("x:%ld, y:%ld\n", x, y);
if (x != y) swap(&x, &y);
printf("x:%ld, y:%ld\n\n", x, y);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
在 C 語言中使用按位異或運算實現交換函式
交換函式最棘手也是略顯複雜的實現方式就是使用按位異或操作。請注意，這個版本不像前面的例子那樣需要第三個變數。首先，我們將給定整數的異或運算結果儲存在它們的一個位置。然後，我們將儲存的值(y)與另一個整數進行 XOR，並將結果儲存在後者的位置上。最後，兩個變數再進行一次異或運算，結果儲存在第一個修改的變數中-本例中的 y。當編譯時，這種實現涉及更多的機器程式碼指令，因此，產生了一個更多的計算密集型解決方案。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void swap(long *x, long *y) {
*y = *x ^ *y;
*x = *x ^ *y;
*y = *x ^ *y;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 3) {
printf("Usage: ./program first_number second_number/n");
return 1;
}
long x = strtol(argv[1], NULL, 0);
long y = strtol(argv[2], NULL, 0);
printf("x:%ld, y:%ld\n", x, y);
if (x != y) swap(&x, &y);
printf("x:%ld, y:%ld\n\n", x, y);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
在 C 語言中使用按位異或操作和巨集來實現交換函式
如前面的例子所示，XOR 交換函式也可以用類似函式的巨集來實現。需要注意的是，需要檢查兩個運算元是否是同一個物件，否則，巨集會將物件賦值為零，從而導致錯誤的輸出。這個檢查是用:條件來實現的，只有這樣，我們才會執行類似前面實現的 XOR 交換演算法。不過要注意，這個類似函式的巨集只能處理整數值。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define XORSWAP(a, b) \
((&(a) == &(b)) ? (a) : ((a) ^= (b), (b) ^= (a), (a) ^= (b)))
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 3) {
printf("Usage: ./program first_number second_number/n");
return 1;
}
long x = strtol(argv[1], NULL, 0);
long y = strtol(argv[2], NULL, 0);
printf("x:%ld, y:%ld\n", x, y);
XORSWAP(x, y);
printf("x:%ld, y:%ld\n", x, y);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
