小朋友学C语言（25）：两数交换

迷南。 2022-06-05 23:54 173阅读 0赞

## （一） ##

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        int a = 10;
        int b = 5;
        printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
        printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        return 0;
    }

运行结果：

Before swap: a = 10, b = 5
    After swap: a = 5, b = 10

分析：temp = a，这里等号表示赋值。左边的temp表示变量，右边的a表示a的值。  
只能把一个常量（a的值）赋值给变量（temp）。  
不要理解成是把变量a赋值给变量temp。因为变量不能赋值给变量。  
temp = a，得到temp = 10  
a = b，得到a = 5  
b = temp，得到 b = 10

## （二） ##

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        int a = 10;
        int b = 5;
        printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        a ^= b;
        b ^= a;
        a ^= b;
        printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        return 0;
    }

运行结果：

Before swap: a = 10, b = 5
    After swap: a = 5, b = 10

分析：请用笔和纸计算下面三个式子的值  
a ^= b（等价于a = a ^ b。表示先求a和b的异或结果，再把结果赋值给a。)  
b ^= a（等价于b = b ^ a）  
a ^= b（等价于a = a ^ b）

## （三） ##

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        int a = 10;
        int b = 5;
        printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        a = a + b;
        b = a - b;
        a = a - b;
        printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        return 0;
    }

运行结果：

Before swap: a = 10, b = 5
    After swap: a = 5, b = 10

分析：请口算或用纸笔计算下面三个式子：  
a = a + b;  
b = a - b;  
a = a - b;

## （四）注意 ##

如果数很大的话，采用（三）中的方法，a = a + b这一步，有可能发出内存溢出现象

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        int a = 2147483647;
        int b = 1;
        printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        a = a + b;
        printf("After addition: a = %d\n", a);
        b = a - b;
        a = a - b;
        printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b);
    
        return 0;
    }

运行结果：

Before swap: a = 2147483647, b = 1
    After addition: a = -2147483648
    After swap: a = 1, b = 2147483647

这里a + b得到的竟然是一个负数！这是什么回事呢？  
这跟整型的取值范围有关。int类型占4个字节，也就是32位。  
最左边那位为符号，0代表正号，1代表负号。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>二进制</th> 
   <th>十进制</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>00000000,00000000,00000000,00000001</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>10000000,00000000,00000000,00000001</td> 
   <td>-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>01111111,11111111,11111111,11111111</td> 
   <td>2147483647</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1111111,11111111,11111111,11111111</td> 
   <td>-2147483647</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>00000000,00000000,00000000,00000000</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>10000000,00000000,00000000,00000000</td> 
   <td>这是多少呢?</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这里10000000,00000000,00000000,00000000相当于十进制的多少呢？是-0吗？  
如果是-0的话，因为0无所谓正负，-0就是0，这会导致计算机里面有两种方式表示0。这是不允许的。那么这个数到底表示多少呢？  
事实上，这个数很特殊。最左边的1不仅表示负号，还参与了运算

10000000,00000000,00000000,00000000  
= - 2 ^ 31  
= - 2147483648  
这样，程序中a = a + b得到了负数就好理解了。  
接下来因为减掉之后，数变小了，又变回正常的正数了。

从这里可以看出，int类型的取值范围为\[-2147483648, 2147483647\], 即\[-2^31, 2^31-1\]

## （五）结论 ##

（1）使用（三）中的方法交换两数后，如果数很大的话 ，中间a = a + b有可能得到错误的值，但最终的结果是正确的。  
（2）如果数很大的话，比如a = 2147483647; b = 1;a = a + b的期望结果是214748364，但是因为这个数不在int的取值范围内，所以得到了一个负数。这个叫做内存溢出（可联想为：米缸装满了，再也装不进去，继续装的话，米就会溢出来了）。  
内存溢出是一种程序漏洞，有可能被黑客所利用并攻击（可联想为：米被老鼠吃了）。  
所以，建议不要使用（三）中的方法来交换两个数。

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