如何在不使用第三個變數的情況下交換變數值？

在沒有第三個變數的情況下交換變數值

經典的面試問題之一是如何在不使用第三個變數作為臨時儲存空間的情況下交換兩個變數的值。通常，這是使用臨時變數來完成的，如下所示：

temp = a;
a = b;
b = temp;

但是，這種方法需要額外的記憶體分配和操作。另一種解決方案是使用 XOR 交換演算法。

XOR 交換演算法

XOR 交換演算法透過利用異或 (XOR) 運算來運作。 XOR 運算子具有下列屬性：XOR a 總是傳回 0，而 XOR b 如果 b 為 0，則傳回 a；如果 a 為 0，則 XOR b 傳回 b。

使用此屬性，我們可以交換兩個變數的值x 和y 如下：

// XOR swap function
void xorSwap(int* x, int* y) {
    if (x != y) { //ensure that memory locations are different
       *x ^= *y;
       *y ^= *x;
       *x ^= *y;
    }
}

為什麼會這樣有效：

1. 記憶體位置檢查： 我們先檢查x 和y 是否有不同的記憶體位置。這很重要，因為如果它們共享相同的記憶體位置，交換將不起作用。

2. 異或運算：然後我們按順序執行以下異或運算：

   • *x ^= *y：這將*x 設定為*x XOR *y。
   • *y ^= *x：這會將 *y 設定為 *y XOR *x，這是 *x，因為 *x XOR *x 為 0。
   • *x ^= *y：最後，我們將 *x 設為 * x XOR *y，這是 *y，因為 *x XOR *x 是 0。

由於這些操作，*x 現在包含 *y 的原始值，並且 *y 包含 *x 的原始值。

代碼示例

這裡是如何使用XOR 交換算法的示例在C:

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 15;

    printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b);

    xorSwap(&a, &b);

    printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b);

    return 0;
}

輸出：

Before swap: a = 10, b = 15
After swap: a = 15, b = 10

注意事項

雖然XOR 交換演算法很有效且不需要第三個變量，但它並不總是最優解。在許多情況下，編譯器將使用更傳統的方法和臨時變數來最佳化程式碼。因此，在使用 XOR 交換演算法之前考慮程式的具體要求非常重要。

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