重审C中老生常谈的swap函数交换数值 - 简书
重审C中老生常谈的swap函数交换数值
本文内容是关于C语言参数传值，以及x86底层实现的计算机科学。
包含了原理速览以及代码示例。
如果你学习过C，可能会对经典的swap函数问题记忆深刻。简单的参数传值并不能在函数外部完成两个数的交换，而要用指针传地址。
对此的解释一般为：C语言是以传值的方式将参数传递给函数。因此传递进去的是参数的副本，纵使万千改动也无法触及本源丝毫。故有使用指针一说，以切实地修改两个参数地址处的值。
但对于单纯的传值与传指针(亦地址，引用)的区别是什么，能够道出原委的人可能并不多。因此笔者想通过本文进入更底层的汇编领域，向大家更加清晰地阐述在底层究竟发生了什么。
基本必需配置
任意文本编辑器(可以用来copy文中出现的代码)
GCC(我们需要用GCC来编译C源代码，并以GCC的规则来讲解，其它编译器产生的结果可能会不同)
额外建议配置
类UNIX的环境(Linux与Mac等皆可，笔者是Mac)
我们拥有swapValue.c与swapAddr.c两份源代码，作为研究swap原理的基础，内容分别如下：
// swapValue.c
void swapValue(int a, int b)
void fun()
int a = 2;
int b = 3;
swapValue(a, b);
// swapAddr.c
void swapAddr(int *a, int *b)
int tmp = *a;
void fun()
int a = 2;
int b = 3;
swapAddr(&a, &b);
代码内容很简单，分别是用传值和传地址两种方式实现swap，并都在fun函数中调用swap。
使用汇编器
启动命令行窗口，针对上述两份源代码进行汇编，输入如下命令：
-S swapValue.c
-S -O1 swapAddr.c
第二行多了一个-O1参数是为了让汇编代码更加便于阅读。之后得到swapValue.s与swapAddr.s两份汇编代码。
分析汇编代码
swapValue.s
我们首先分析swapValue.s，撇去次要部分后，我们关注如下内容：
_swapValue:
## @swapValue
%edi, -4(%rbp)
%esi, -8(%rbp)
-4(%rbp), %esi
%esi, -12(%rbp)
-8(%rbp), %esi
%esi, -4(%rbp)
-12(%rbp), %esi
%esi, -8(%rbp)
$2, -4(%rbp)
$3, -8(%rbp)
-4(%rbp), %edi
-8(%rbp), %esi
_swapValue
大家不必去理解汇编代码的含义，只需要理解笔者的讲解即可。可以看到汇编代码分为_fun和_swapValue两个部分，与C源码中两个函数是对应的。
注意：在汇编中我们把函数改用过程来称呼。
对于_fun过程，我们可以看到参数2和参数3被最终分别传递到了寄存器%edi和%esi中。随后调用了_swapValue子过程。
简而言之就是_fun过程将两个实参存放在两个寄存器中，然后调用_swapValue子过程。
在x86架构中，上述两个寄存器是专门用来向函数传递参数的，%edi负责传递第一个参数，%esi负责传递第二个参数。
_swapValue过程
可能是GCC优化问题，汇编代码拐弯抹角地实现了一个实际上很简单的操作。
上文有提到：两个参数存放在寄存器%edi和%esi中。这段代码首先把两个参数分别复制到函数的栈内存中，即把%edi复制到-4(%rbp)中，把%esi复制到-8(%rbp)中，通过栈内存来存放局部变量。
随后拐弯抹角地交换了-4(%rbp)与-8(%rbp)内部的值。可以看到：由于两个参数一开始就被复制，函数操作的一直都是这份副本。于是，这就是传值操作无法切实修改参数值的原因。
swapAddr.s
再来看看swapAddr.s，其中_fun过程没有特别的变化，区别集中在_swapAddr过程。
_swapAddr:
## @swapAddr
(%rdi), %eax
(%rsi), %ecx
%ecx, (%rdi)
%eax, (%rsi)
$2, -4(%rbp)
$3, -8(%rbp)
-4(%rbp), %rdi
-8(%rbp), %rsi
从外观上，可以看到_swapAddr中寄存器的操作，相比之前多了一对圆括号。(%rdi）与(%rsi)互相交换内容。
这对圆括号就是传地址的奥秘所在，该操作统称为间接寻址。
之前寄存器中存放的就是真实的数据，操作时直接取出寄存器中的内容即可。而这里，寄存器中存放的数据不能直接使用，它是一个索引(地址)，先取出这个索引，然后去内存中与该索引相对应的位置处取出数据。有点像图书馆中根据书籍的编号去找书。
再仔细想想，这个理念与C语言中的指针是不是很像？没错，指针的底层实现就是它！
因此，由于内存中的地址是唯一对应的，因此在_swapAddr中我们就直接修改了两个参数地址处的值，于是两个参数也就完成了数据交换。
以上就是对于传值与传地址的讲解。普通的变量就是保存一个数值而已，而指针是一种保存变量地址的变量，它的第一层含义是地址，第二层含义是根据该地址去取值。
指针常常是表达某个计算的唯一途径，而且可以生成更加高效紧凑的代码。例如字符串复制函数，关键代码若用指针只需如下：
char * strcpy(char *dest, char *src)
char *ret =
while ((*dest++ = *src++))
正是有了指针，很多高级的操作才成为了可能，宏伟的程序才得以构建。
希望本文对大家有所帮助，感谢阅读，欢迎分享~
Access诚可贵，Trans价更高，若为NATURE故，二者皆可抛。交换x和*this之间的所有内部成员，除了指向相关联的流缓冲区的指针：rdbuf将在调用之前在两个对象中返回相同的值。
派生类可以调用此函数来实现自定义交换函数。
声明下面是ios::swap函数的声明。
void swap (ios& x)
x - 另一个相同类型的流对象。
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白手起家, 积分 167, 距离下一级还需 33 积分
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我是这样定义我的宏的：
#define SWAP(a,b) (a = a^b, b = a^b, a = a^b)
复制代码
不过这个方法在a==b的时候不可以，不过要想把SWAP定义成函数那样利用一个中间值实习交换就不知道怎么写了，大家给个方法，多多谢谢啦！！！
&&nbsp|&&nbsp&&nbsp|&&nbsp&&nbsp|&&nbsp&&nbsp|&&nbsp
丰衣足食, 积分 657, 距离下一级还需 343 积分
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如果要用中间值的话, 要定义它, 则事先需要知道a,b的类型, 宏好像没有办法取类型吧. 除非你给宏多加一个参数, 就像SWAP(a, b, int).
#define SWAP(a, b, type) { c=(a); (a)=(b); (b)=c; }
在C++里可以用模板, 不过我不太清楚模板函数是否可以inline.
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.cpp文件如下：
template&class T, class Cmp& Sort::Sort&T,Cmp&::inssort(T a[], int n)
{
& & & & for(int i = 1 ; i & i++)
& & & & & & & & for(int j = (j & 0) && a[j] & a[j-1] ; j--)
& & & & & & & & & & & & SWAP(a[j],a[j-1],T);
}
复制代码
.h文件如下：
#define SWAP(a,b,type) { c = (a); (a) = (b); (b) =}
namespace Sort {
& & & & template &class Type, class Cmp&
& & & & public class Sort
& & & & {
& & & & public:
& & & & & & & & void inssort(Type a[], int n);
& & & & & & & & void myqsort(Type a[], int left, int right);
& & & & };
}
复制代码
错误提示：
*************************************************************************
错误& & & & 1& & & & error C4430: missing type specifier - int assumed. Note: C++ does not support default-int& & & & d:\Project\C\Sort\Sort\Sort.cpp& & & & 12& & & &
*************************************************************************
请问这个错误怎么处理啊？我还是想用宏。
丰衣足食, 积分 796, 距离下一级还需 204 积分
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原帖由 feiyang21687 于
23:42 发表
不过这个方法在a==b的时候不可以，
为什么不可以？
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a = a^b，a就得0了。那最后a,b都得0了。
小富即安, 积分 4823, 距离下一级还需 177 积分
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原帖由 feiyang21687 于
16:18 发表
a = a^b，a就得0了。那最后a,b都得0了。
b不0,最后a=b
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哦，Sorry，你说的对，是我理解错了。是可以。
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能不能帮我解决一下3楼的问题 ？
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转载本站内容请注明原作者名及出处有关Java中两个整数的交换问题
& 在的过程，要交换两个变量的内容，是一种比较常见的事情。在排序算法中，就有一种就叫做&交换排序法&。在所有的排序算法，交换要排序的集合中的两个元素，几乎是必须的过程。在中交换两个元素的内容，如果你是程序员新手，你可能碰到意想不到的问题。
众所周知，java和C、C++中都不能通过值传递的方式实现两个整数的交换。
即下面的函数是不能成功交换两个整数的，
&public void swap1(int a,int b){ //值参数传递不能实现交换两个整数
在C++,可以通过引用或者指针来实现两个整数的交换，实质上是通过地址传递来实现两个整数的交换的。
void swap2(int &a,int &b)//引用传递
还可以通过指针来实现两个整数的交换
void swap2(int *a,int *b)//指针，地址传递
&temp = *a;
那么java中又是如何实现两个整数的交换呢？
通过数组方式交换：
如果一定要通过一个&& method&& 来实现，下面的形式也许可以：
void&& swap(int[]&& a)&& {
&&&&&&& if&& (a&& ==&& null&& ||&& a.length&& !=&& 2)
&&&&&&&&&&&&&&& throw&& new&& IllegalArgumentException();
&&&&&&& int&& temp&& =&& a[0];
&&&&&&& a[0]&& =&& a[1];
&&&&&&& a[1]&& =&&
代码实例如下：
//SwapInteger.java
//实现个整数的交换&
public class SwapInteger {&
public static void swap(int a[]){&&&&&
//数组传递实现交换两个整数&
&&& t = a[0];&
&&& a[0] = a[1];&
&&& a[1] =&
&&&&&&&&&&
public static void main(String args[]){&
&&&& int []a = new int[2];&
&&&& a[0] = 3;&
&&&& a[1] = 4;&
&&&& swap(a);&
&&&& System.out.println(a[0] + &/t& + a[1]);&
构造对象，将a，b作为对象的属性，然后操作对象，最后获得对应的属性。
有人说可以用Integer类来实现，这是错误的说法。
理由如下：
Integer不行，
1、Integer本身是值对象(value&& object)，不能修改它的内容（找找哪个方法能修改它的内容？）。实际上，串对象String都不能改变；
2、就算Integer本身可以修改，自动装箱、拆箱也不灵：
void&& exchange(&& Integer&& ao,&& Integer&& bo&& )&& {&& 交换ao和bo中的实际数据&& }
int&& a,&&
exchange(&& a,&& b&& );&& //&& 自动装箱机制生成了两个临时对象，不过调用返回时不能传回a和b。
最多只能这样：
Integer&& ao=a;
Integer&& bo=b;
exchange(&& ao,&& bo&& );
例题：交换JAVA数组中两数
该代码实现功能:
1.接受用户输入10个整数，并存入Array
2.将Array中的最大值与最小值交换位置
java程序如下：
//SwapNumber.java
import java.util.S&&&&
public class SwapNumber {&&&&
&&&&&&& public static void main(String[] ar) {&&&&
&&&&&& Scanner input = new Scanner(System.in);&&&&
&&&&&&&&&& int maxIndex = 0;&&&& //标记最大值索引&&&&
&&&&&&&&&&& int minIndex = 0;&&&& //标记最小值索引&&&&
&&&&&& int numbers[] = new int[10];& //声明数组接受用户输入&&&&
&&&&&&&&&& System.out.println(&请输入十个数字：&);&&&&
&&&&&&& //循环接收&&&&
&&&&&&&&&& for (int i = 0; i & numbers. i++) {&&&&
&&&&&&&&&&&&&&& numbers[i] = input.nextInt();&&&&
&&&&&&&&&& }&&&&
&&&&&&& int temp = 0;&&&& //临时变量&&&&
&&&&&&&&&& int max = numbers[0];&&& //标记最大值&&&&
&&&&&&&&&& int min = numbers[0];&&& //标记最小值&&&&
&&&&&&&&&& //查找最大，最小索引&&&&
&&&&&&&&&& for (int i = 1; i & numbers. i++) {&&&&
&&&&&&&&&&&&&& if (numbers[i] & max) {&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&& max = numbers[i];&& //一定要将该值赋给max！！！！！&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& maxIndex =&&&&
&&&&&&&&&& }&&&&
&&&&&&&&&&&&&& if (numbers[i] & min) {&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&& min = numbers[i];&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& minIndex =&&&&
&&&&&&&&&& }&&&&
&&&&&& }&&&&
&&&&&& //输出排序后效果&&&&
&&&&&& for (int a : numbers) {&&&&
&&&&&&&&&& System.out.print(a + &/t&);&&&&
&&&&&& }&&&&
&&&&&& //进行交换操作&&&&
&&&&&&& temp = numbers[maxIndex];&&&&
&&&&&& numbers[maxIndex] = numbers[minIndex];&&&&
&&&&&& numbers[minIndex] =&&&&
&&&&&&&&&&&&
&&&&&& //输出排序后效果&&&&
&&&&&&&&&&& System.out.println(&排序后，输出：&);&&&&
&&&&&& for (int i = 0; i & numbers. i++) {&&&&
&&&&&&&&&&&&&&& System.out.print(numbers[i] + &/t&);&&&&
&&&&&&&&&&& }&&&&