使用添加交换

Question

我的印象是，当我们提供接近最大整数限制的输入时，只使用X-OR进行交换。令人惊讶的是，使用加法和减法的这种简单交换也适用于那些输入。

#include <iostream>

void simple_swap(int &x, int &y) {
    x += y;
    y = x - y;
    x -= y;
}

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

    /* Testing integer overflow, sum has 1 bit outside of 4-bytes integer limit */
    a = 0xFFFFFFFF;     // a is 2^32-1 = 4294967295
    b = 0xFFFFFFFE;     // b is 2^32-2 = 4294967294

    std::cout << "Before swap " << "a = " << (unsigned int)a << ", b=" << (unsigned int)b << std::endl;
    simple_swap(a, b);
    std::cout << "After swap " << "a = " << (unsigned int)a << ", b=" << (unsigned int)b << std::endl;

    return 0;
}

我正在使用Visual Studio 2013.如果您使用的是其他编译器且代码无法正常显示输出，请在评论中告诉我。

我有兴趣了解这背后的原因。编译器是否用其他东西替换代码？

Answer 1

使用添加交换

即使它似乎有用也是一个坏主意。

void simple_swap(int &x, int &y) {
    x += y;
    y = x - y;
    x -= y;
}

如果x和y都非常大或非常小，您将获得整数溢出/下溢，这是未定义的行为。这意味着即使它似乎对你有用，也没有任何保证它可以为其他人工作，甚至在你下次编译时也是如此。它可以从一个时刻突破到另一个时刻。

使用xor

交换

同样仅仅是为了记录，使用xor进行交换也被打破了，但出于完全不同的原因。

void simple_swap(int &x, int &y) {
    x ^= y;
    y ^= x;
    x ^= y;
}

大部分时间都有效，但如果您尝试将变量与自身交换，则会破坏：

simple_swap(a, a);

void simple_swap(int &x, int &y) { // both x and y refer to the same variable (a).
    x ^= y; // both variables will be 0 after this statement.
    y ^= x;
    x ^= y;
}

现在用自己交换一个变量可能看起来很愚蠢而且不太可能，但你并不总是知道。它可能是两个指针恰好指向同一个变量，突然间你得到了一个奇怪的错误。为了确保它始终有效，你必须使它过于复杂并测试两个参数实际上并不相同。

void simple_swap(int &x, int &y) {
    if ( x != y) {
        x ^= y;
        y ^= x;
        x ^= y;
    }
}

比这样一个简单的函数更难读，而不是像最初想的那么简单。

正确的方法

只需使用简单易行的方法，不要试图聪明：

void simple_swap(int &x, int &y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

交换很简单，每个编译器都能够将其优化到最佳版本。

Answer 2

通过操作，数学值导致正确的交换，忽略溢出的可能性。

在2的补码中使用的运算维持不变量，即值是“真正的数学值”模2 ^（word_size_in_bytes）。

由于任何“真正的数学值”只有一个模2 ^（字大小的字节），所以保证交换交换值（无论它们代表什么）。

当然，C或C ++标准不保证2的补码。这就是在＆gt; 99.9999％的CPU中完成的工作。

为什么使用简单的加法和减法的交换不会溢出？

2 个答案:

使用添加交换

使用xor

正确的方法