两种不同的交换功能有什么区别？

我想知道两种代码在性能上的区别。有什么优点和缺点？

Code 1:

temp  = a;
a  = b;
b  = temp;

Code 2:

a = a + b;
b = a - b;
a = a - b;

第一种技术的优点是它是一个通用的习语，明显且正确。它适用于任何地方、任何类型的变量。它很可能被优化编译器识别并被实际的“交换”指令（如果可用）替换。因此，除了更清晰、更正确之外，第一种技术也可能更有效。

第二种技术的优点是它避免了使用临时变量，并且它是一种令人愉快的晦涩技巧，深受那些不断收集晦涩技巧并提出涉及晦涩技巧的误导性“陷阱”面试问题的人的喜爱，并且（据我所知），他们通过用一些晦涩难懂的技巧来使自己的程序变得更难维护、更难移植、更不可靠。

第一种技术的缺点是：None.
（理论上，有人可能会说它使用临时变量是有缺点的，但实际上，这根本没有缺点，因为临时变量是免费的。我认为地球上没有人仍在为处理器编写代码，所以内存和寄存器有限，以这种方式“保存”临时变量实际上是值得担心的。）

第二种技术的缺点是它更难编写，更难让读者理解，并且可能效率较低（也许效率非常低）。它仅“适用于”算术类型，不适用于结构或其他类型。如果它被用来尝试与自身交换数据，它将无法工作（它会悄悄地损坏数据）。 （稍后会详细介绍这种可能性。）如果这些还不够糟糕，那么即使在“普通”情况下，它也可能从根本上存在错误，因为它可能会溢出，并且对于浮点类型，它可能会改变一个或两个值稍微由于舍入误差而导致，并且对于指针类型，如果被交换的指针不指向同一对象内，则它是未定义的。

您具体询问了性能问题，所以让我们多说几句。 （免责声明：我不是微优化方面的专家；我倾向于用相当抽象、随意的术语来思考指令级性能。）

第一种技术使用三个分配。第二种技术使用一次加法和两次减法。在许多机器上，算术运算与简单的赋值所花费的周期数相同，因此在许多情况下，两种技术的性能是相同的。但很难想象第二种技术如何变得更加高效，而很容易想象第一种技术如何变得更加高效。特别是，正如我已经提到的，如果目标处理器有第一种技术，编译器更容易识别并转换为更高效的 SWP 指令。

现在，有些题外话。这里介绍的第二种技术是传统的、令人惊奇的晦涩技巧的一种不太美味的变体，用于在不使用临时变量的情况下交换两个变量。在不使用临时变量的情况下交换两个变量的传统的、令人难以理解的技巧是：

a ^= b;
b ^= a;
a ^= b;

曾几何时，在某些圈子里，以一种更加美妙而晦涩的方式呈现这些技术是一种时尚：

a ^= b ^= a ^= b;       /* WRONG */
a += b -= a -= b;       /* WRONG */

但是这些演绎（同时，是的，绝对是精致地如果你喜欢这类东西，那就太晦涩难懂了）还有它们所代表的额外的崩溃缺点未定义的行为，因为他们尝试修改a在同一个表达式中多次出现，且没有插入序列点。 （另请参阅关于该主题的规范问题.)

公平地说，我必须提到，在一种实际情况下，第一种技术使用临时变量可能是一个重大缺点，而第二种技术缺乏临时变量可能因此成为一个实际优势。一种情况是，如果您试图编写一个通用的“交换”宏，类似于

#define Swap(a, b) (a = a + b, b = a - b, a = a - b)

这个想法是，您可以在任何地方、任何类型的变量上使用这个宏，并且（因为它是一个宏，因此很神奇）您甚至不必使用&关于您调用它的参数，就像它是一个函数一样。但在传统的 C 语言中，至少，如果你想写一个Swap像这样的宏，使用技术 1 基本上是不可能做到的，因为没有办法声明必要的临时变量。

你不是在问这个子问题，但既然我提出了它，我不得不说解决方案（尽管它对那些喜欢美味默默无闻的人来说永远是令人沮丧的）就是首先不要尝试编写“通用”宏来交换两个值。你不能在 C 中做到这一点。（事实上，你可以在 C++ 中做到这一点，使用新的定义auto，现在我猜 C 也有一些编写通用宏的新方法。）

当您尝试以这种方式编写“交换”宏时，实际上还有一个额外的崩溃问题，那就是它会not工作 — 如果调用者尝试与自身交换值，它将把一个或两个变量设置为 0，而不是交换值。你可能会说这不是问题，因为也许没有人会写Swap(x, x)，但在不太完美的排序例程中，他们可能很容易编写Swap(a[i], a[j])有时在哪里i恰好等于j, or Swap(*p, *q)有时指针p恰好等于q.

另请参阅C 常见问题列表， 问题3.3b, 10.3 and 20.15c.