用Java交换两个变量 | Baeldung中文网

概述

在编程中，有时我们需要交换两个变量的值。本教程将展示根据变量类型的不同，我们可以采用的各种方法来实现交换，并分析每种方法的性能。

最直接的方法是使用一个临时变量作为存储：

Object a, b;
Object temp;
temp = a;
a = b;
b = temp;

这种方法对于初学者来说易于理解和阅读，但主要缺点是需要额外的临时变量。

值得注意的是，这是唯一能交换Object类型变量的方法。

如果代码中多个地方都需要交换变量，创建一个交换方法可能会吸引人：

public void swap(Object a, Object b)

然而，在Java中，对象引用在方法调用时是按值传递的，所以这种方法不可行。

如果确实需要交换方法，我们需要为对象创建一个包装类，然后交换包装类中的对象：

private class Wrapper {
    public String string;
}

以及交换方法：

private static void swap(Wrapper a, Wrapper b) {
    String temp = b.string;
    b.string = a.string;
    a.string = temp;
}

这样，被包装的String在方法返回后仍然保持交换状态。

如果变量是基本类型，我们可以找到不使用临时变量的方法。

我们可以通过几种方式利用算术运算来无临时变量地交换变量。假设我们要交换两个整数a=5和b=10：

可以使用加减法进行交换：

a = a + b;  // a = 15
b = a - b;  // b = 5
a = a - b;  // a = 10

或者使用乘除法：

a = a * b;  // a = 50
b = a / b;  // b = 5
a = a / b;  // a = 10

需要注意的是，如果其中一个数为0，这种方法将无效，因为第一操作会将零存储，导致后续算法失效。此外，如果b不为0，会抛出ArithmeticException，因为除以零。

还要注意基本类型的容量问题，加法或乘法可能导致数值超过基本类型的最大值，从而在交换后产生错误，但不会抛出异常。

例如，如果a等于Integer.MAX_VALUE，则在交换前a=2147483647和b=10，交换后a=10，b=-1。

对于char、byte或short类型的数据，由于算术运算的结果至少是int类型，所以在Java中需要显式转换：

a = (char)(a + b);
b = (char)(a - b);
a = (char)(a - b);

如果处理的是整数类型（如char、short、byte、int、long），可以使用按位异或（XOR）逻辑运算符。^运算符会对变量的所有位执行按位异或操作：

a = a ^ b;  // a = 1111 (15)
b = a ^ b;  // b = 1010 (5) 
a = a ^ b;  // a = 0101 (10)

同样，由于按位异或运算符返回至少int类型的结果，所以处理char、byte或short变量时，我们需要对每次运算的结果进行类型转换。

为了减少代码量，我们可以使用单行版本的交换方法：

b = (a + b) – (a = b);
a += b – (b = a);
a = a * b / (b = a);
a = a ^ b ^ (b = a);

这是因为表达式的计算遵循运算符的优先级。如果初始时a=5和b=10，最后一行表达式等同于a = 5 ^ 10 ^ (b = 5)。首先执行5 ^ 10，这与多行算法的第一行相同，接着将5赋值给b（括号有更高优先级），最后计算15 ^ 5，这与算法的第三行对应。

我们已经看到在Java中有多重方法来交换变量，但哪一种更高效？为了比较各算法的性能倾向，我们执行了变量交换方法的循环，测试了交换两个变量100,000次所需的时间。我们进行了10次测试以计算每个算法的平均执行时间。以下是结果：

绝对时间并不重要，因为它取决于执行测试的机器。我们可以看出，有些算法比其他算法慢。特别是乘法/除法的方法，无论是单行还是多行版本，都明显较慢。相反，按位异或算法在多行和单行版本中都表现出最高的效率。

使用临时变量交换Object也相当有效，因为在这种情况下只涉及指针操作。

在这篇文章中，我们探讨了如何根据变量类型在Java中交换变量。我们介绍了如何交换Object，然后研究了不同基本类型变量的多种交换算法，并分析了它们的性能。所有示例的源代码可在GitHub上获取。