大数据Java-交换变量的 3 种方式

本话题要讨论的是一道面试题目：交换两个变量的值。两个变量而已，看似再简单不过了，不过一道简单的题目可以使用多种方式来完成， 其中有比较普通的实现， 也有相对高明的实现，虽然是一道简单的题目，但是通过面试者对该题目的认知能力，就可以看出面试者的水平。

重点摘要：

1 通过中间变量交换。

2 通过求和与求差交换。

3 通过异或交换。

通过第 3 个变量

首先，我们给出最简单的方式。

【例】 交换两个变量的值。

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. //无效的交换16. public static void swap(int x, int y) {17. int temp = x;18. x = y;19. y = temp;20. }21. //有效的交换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.}

程序运行结果如下：

510105

这个程序同时给出了有效的交换（第22～26 行）与无效的交换（第16～20 行）。因为形参的改变是无法反作用于实参的，所以不能使用变量交换的方式，而是要使用通过引用来修改其成员变量的方式。这就类似与C / C++的语言中的指针效果。

通过相加的方式

通过第3个临时变量，可以成功交换两个变量的值，不过，有时，面试题目的要求会比较苛刻，就是不允许借助于临时变量。这样，就有些复杂了。
【例】 交换两个变量的值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的交换结果：");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的交换结果：");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的交换结果：");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.}

程序运行结果如下：

v1的交换结果：

105

v2的交换结果：

15000000001200000000

v3的交换结果：

-1500000000-1200000000

核心部分就是swap 方法（第22～26 行），该方法的3 条语句解释为：

v.x = v.x + v.y; //将v.x与v.y的和存储在v.x中v.y = v.x - v.y; //v.x - v.y的值就是以前v.x的值，赋值给v.yv.x = v.x -v.y; //v.x - v.y的值就是以前v.y的值，赋值给v.x

这样，没有通过临时变量，也同样交换了两个变量的值。也许上面的方法一时不太容易理解，那么可以这样考虑：

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

只不过这里使用另外一个变量z，而上面使用v.x 来存储v.x 与v.y 的和，但是交换的效果是相同的。
注意程序的第10 行与第15 行，v.x 与v.y 的初始值非常大（小），这样一来，当执行swap方法时（以第10 行为例）：

v.x = v.x + v.y;

十六进制求和如下所示：

47868c00（v.x）+ 59682f00（v.y）结果：a0eebb00（v.x + v.y）

注意这个结果的最高位为1，结果为负数（十进制值为1594967296，也就是v.x 与v.y 的和已经超过了int 类型的最大（小）值，发生溢出。
执行接下来的语句：

v.y = v.x - v.y;

这个计算就是使用溢出后的值1594967296减去v.y（1500000000），从int 类型的求差角度来说，结果再一次溢出了，十六进制求差如下所示：

a0eebb00（v.x + v.y） 59682f00（v.y）结果：47868c00（结果v.y）

经过两次溢出以后，又再次得出了我们期望的值。同样，swap 方法的第3 条语句：

v.x = v.x -v.y;

a0eebb00（v.x + v.y） 47868c00（v.y）

结果：59682f00（结果v.x）
也是发生了溢出，不过最后的差值也得出了期望的结果。可以看出，当两个数之和很大（小）时，虽然发生了溢出，不过最后还是阴差阳错地得到了正确的结果。尽管结果正确，这种相加的方式还不算十分可取。

通过异或的方式

位异或运算符（^）有这样一个性质，就是两个整型数据x 与y，有：

(x ^ y ^ y) == x

这说明，如果一个变量x 异或另外一个变量y 两次，结果为x。通过这一点，可以实现交换变量的值。

【例】交换两个变量的值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.}

程序运行结果如下：

105

swap 方法（第11～15 行）并不复杂，只有3 条语句：

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

可以这样看：执行（1）后，v.x 的值就是v.x（异或运算之前的值）与v.y 异或后的结果。类似数学上的代入法，将v.x（值为v.x ^ v.y）代入（2）中，于是（2）赋值运算符（=右侧的表达式相当于：

v.x ^ v.y ^ v.y //v.x与v.y都是运算之前的值

这个值就是v.x（异或运算之前的值）、然后赋值给左侧的v.y。此时，v.y 的值就是异或运算之前v.x 的值。然后将v.x（值为v.x ^ v.y）、v.y（值为异或运算之前v.x 的值）代入（3）中赋值运算符右侧，代入后表达式相当于：

v.x ^ v.y ^ v.x //v.x与v.y都是运算之前的值

。推荐：http://www.lemonpai.com/1508.html

这个值就是v.y，然后赋值给v.x，至此，完成两个变量的交换。异或方式要比相加方式更加可取，因为异或运算不涉及溢出。综合这3 种方式而言，第1 种方式最容易理解，第3 种方式相对成熟老练，如果是个人编写程序，建议还是使用最简单的方式，这样不容易出错，而且代码具有可读性，便于后期的维护，如果是在面试过程中，那就可以选择第3 种方式来证明下自己的能力。

总结：

1. 1. 一个变量x 异或另一个变量y 两次，结果的值为x。
   2. 异或运算可以交换两个变量的值，并且这种方式比相加交换的方式更可取些。

举一反三
既然相加（第2 种方式）能够实现交换两个变量的值，那么相减肯定也能实现。编写一个程序，不要借助第3 个临时变量，实现相减操作交换两个变量的值。

本文作者梁勇出自柠檬派，请注明出处