Java中交换两个变量的方法 | Baeldung

1. 概述

有时，我们可能希望在代码中交换两个变量。

在本教程中，我们将看到几种交换变量的方法，这取决于我们想要交换的变量类型。然后，我们将检查每种方法的性能。

2. 简单方法：使用临时变量

交换两个变量的最简单方法是使用第三个变量作为临时存储：

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

这种方法特别易于阅读和理解，即使是初学者也容易理解。它的主要缺点是需要一个临时变量。

我们应该记住，这种方法是唯一可以交换_Object_变量的方法。

2.1. 为什么不在方法中交换？

如果我们要在代码的多个地方交换变量，创建一个像下面这样的交换变量的方法可能听起来很有吸引力：

public void swap(Object a, Object b)

不幸的是，这在Java中是行不通的，因为在方法调用期间对象的引用会被复制。

如果我们真的想要有一个交换方法，我们必须使用一个包装类来包装你的对象，并交换包装类中包含的对象：

private class Wrapper {
    public String string;
}

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

通过这种方法，封装的_Strings_将在方法返回后仍然被交换。

3. 不使用临时变量

如果我们的变量是原始类型，我们可以找到不使用临时变量交换它们的方法。

让我们看几个例子。

3.1. 使用算术运算

我们可以使用数学来在不使用临时变量的情况下交换变量。对于以下示例，让我们假设我们想要交换两个整数_a=5_和_b=10_。

我们可以使用加法和减法来交换：

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

或者，我们可以使用乘法和除法：

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

我们应该记住，如果任何数字是0，这种方法就不起作用，因为第一个操作将导致存储一个零，使得算法的其余部分变得无用。此外，如果_b_=0，由于除以零，它将抛出一个_ArithmeticException_。

**我们还应该注意原始类型的容量，因为加法/乘法可能导致数字超过原始类型的最大值。**这可能导致在交换后出现错误，而不会抛出任何异常。

例如，如果_a_ = Integer.MAX_VALUE，那么在交换之前_a=2147483647_和_b=10_，交换后，a=10，b=-1。

如果我们使用_char_、_byte_或_short_类型的数据，我们需要进行显式转换，因为算术运算符的结果至少是_int_类型的值在Java中：

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

3.2. 使用逻辑运算

如果我们使用整数数据类型（即_char, short, byte, int, long_），我们可以使用异或位运算符（XOR）。“^”运算符将在我们变量的所有位上执行位异或操作：

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

我们应该意识到，与算术运算符一样，位异或运算符返回的至少是_int_数据类型。因此，如果我们使用chars、bytes或shorts变量，我们必须对每行XOR的结果进行强制转换。

3.3. 单行变体

我们可以使用交换方法的单行版本来减小代码大小：

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

这是因为表达式是根据运算符的优先级进行计算的。如果最初_a_ = 5和_b_ = 10，最后一个表达式等同于_a = 5 ^ 10 ^ (b = 5)_。第一个操作（5 ^ 10）正是多行算法的第一行，然后我们给_b_赋值为5（括号优先），最后，我们计算15 ^ 5，这正是算法的第三行。

4. 性能分析

我们刚刚看到Java中有几种交换两个变量的方法，但哪一种更有效？为了给出每种算法性能的趋势，我们执行了变量交换方法的循环，并测量了交换两个变量100,000次所需的时间。我们运行了10次测试来计算每种算法的平均执行时间。这是结果：

img

这里的绝对时间并不重要，因为它取决于运行测试的机器。我们只看到一些算法比其他的慢。特别是乘法/除法，无论是单行还是多行版本，都明显更慢。相反，XOR算法在多行和单行版本中都是最有效的。

使用临时变量交换对象也非常高效，这是可以理解的，因为在那情况下只操作了指针。

5. 结论

在本文中，我们探讨了如何在Java中根据变量的类型交换两个变量。

我们描述了如何交换对象，然后我们研究了几种交换原始类型的方法和几种算法。最后，我们查看了每种方法的性能。

和往常一样，所有示例的源代码都可以在GitHub上找到。