在 C 语言中实现交换函数
Jinku Hu
2023年10月12日
本文将介绍几种在 C 语言中实现交换函数的方法。
使用临时变量在 C 语言中实现交换函数的方法
交换函数是对变量进行的典型操作。目前还没有像 C++ 那样的标准库函数提供这个函数，因为 C++ 有 std::swap 函数。在本文中，我们实现了针对积分值的 swap 函数；即大部分函数取 long int 类型的参数，但人们总是可以为不同类型定义多个原型，并使用宏扩展来保证通用功能。下面的例子演示了使用临时变量的交换函数。请注意，尽管这是最简单的实现，但在下面列出的其他版本中，这个版本相对来说是最快的（当使用编译器优化时）。
#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
输出：
x:123, y:432
x:432, y:123
使用算术运算来实现 C 语言中的交换函数
另外，也可以只用加法和减法运算实现交换函数。我们在函数中对传递的指针进行操作，从而直接修改参数值。在 main 函数中，在调用 swap 函数之前有一个 if 条件，以避免操作数相等时的调用。
#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 语言中使用按位异或运算实现交换函数
交换函数最棘手也是略显复杂的实现方式就是使用按位异或操作。请注意，这个版本不像前面的例子那样需要第三个变量。首先，我们将给定整数的异或运算结果存储在它们的一个位置。然后，我们将存储的值(y)与另一个整数进行 XOR，并将结果存储在后者的位置上。最后，两个变量再进行一次异或运算，结果存储在第一个修改的变量中-本例中的 y。当编译时，这种实现涉及更多的机器代码指令，因此，产生了一个更多的计算密集型解决方案。
#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 语言中使用按位异或操作和宏来实现交换函数
如前面的例子所示，XOR 交换函数也可以用类似函数的宏来实现。需要注意的是，需要检查两个操作数是否是同一个对象，否则，宏会将对象赋值为零，从而导致错误的输出。这个检查是用:条件来实现的，只有这样，我们才会执行类似前面实现的 XOR 交换算法。不过要注意，这个类似函数的宏只能处理整数值。
#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);
}
