为什么是“a^=b^=a^=b;”不同于“a^=b;b^=a;a^=b;”？答案

【问题标题】：Why is "a^=b^=a^=b;" different from "a^=b; b^=a; a^=b;"?为什么是“a^=b^=a^=b;”不同于“a^=b;b^=a;a^=b;”？
【发布时间】：2014-03-29 10:40:39
【问题描述】：

我尝试了一些代码来交换 Java 中的两个整数，而不使用第三个变量，使用 XOR。

这是我尝试过的两个交换函数：

package lang.numeric;

public class SwapVarsDemo {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 2984;
        int b = 87593;
        swapDemo1(a,b);
        swapDemo2(a,b);
    }

    private static void swapDemo1(int a, int b) {
        a^=b^=a^=b;
        System.out.println("After swap: "+a+","+b);
    }

    private static void swapDemo2(int a, int b) {
        a^=b;
        b^=a;
        a^=b;
        System.out.println("After swap: "+a+","+b);
    }

}

这段代码产生的输出是这样的：

After swap: 0,2984
After swap: 87593,2984

我很想知道，为什么会有这样的说法：

        a^=b^=a^=b;

和这个不一样？

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

【问题讨论】：

我认为你被 java 的值传递搞砸了。
@EvertonAgner 我看不出传递值与问题有什么关系。究竟在哪里认为传递值会导致问题？
很公平，我忽略了这一点。
当您以这种方式“交换”值时，java 不是实际上创建了隐式中间对象吗？我认为使用临时变量应该可以提高性能。通常应该尝试使用按位运算来提高性能，仅在没有自动 GC 的语言中。

标签： java expression-evaluation compound-assignment

【解决方案1】：

问题是评估的顺序：

见JLS section 15.26.2

首先，计算左侧操作数以生成变量。 如果此评估突然完成，然后赋值表达式出于同样的原因突然完成；右手操作数不是评估并且没有分配发生。

否则，左边操作数的值被保存，然后评估右手操作数。如果此评估完成突然，然后赋值表达式突然完成同样的原因，没有分配发生。

否则，左侧变量的保存值和右手操作数用于执行二元运算由复合赋值运算符指示。如果这个操作突然完成，然后赋值表达式突然完成出于同样的原因，没有分配发生。

否则，二进制运算的结果被转换为类型左侧变量的值，经过值集转换（第 5.1.13 节）到适当的标准值集（不是扩展指数值 set)，并将转换结果存入变量中。

所以你的表达方式是：

a^=b^=a^=b;

评估a
评估b^=a^=b
xor 两者（所以第一步中的a 还没有应用^=b）
将结果存储在a

也就是说，你的表达式等价于下面的java代码：

    int a1 = a;
    int b2 = b;
    int a3 = a;
    a = a3 ^ b;
    b = b2 ^ a;
    a = a1 ^ b;

你可以从你的方法的反汇编版本中看到：

  private static void swapDemo1(int, int);
    Code:
       0: iload_0       
       1: iload_1       
       2: iload_0       
       3: iload_1       
       4: ixor          
       5: dup           
       6: istore_0      
       7: ixor          
       8: dup           
       9: istore_1      
      10: ixor          
      11: istore_0

【讨论】：

+1 - 我倾向于跳上使用反汇编字节码作为 Java 行为“解释”的答案。但是你做对了……你在 JLS 中找到了真正的解释，并使用字节码来确认解释。
很好的答案，但我很好奇 Java 是否允许您在这种情况下使用括号强制执行所需的行为。 a^=(b^=(a^=b)); 有效吗？
@Patrick_M 它没有任何区别（您描述的已经是运算符优先级的工作方式），因为左侧仍然在右侧之前评估。

【解决方案2】：

因为a ^= b ^= a ^= b; 被解析为：

a ^= (b ^= (a ^= b));

可以简化为：

a ^= (b ^= (a ^ b));

所以b 的值将是b ^ (a ^ b)，最后a 将是a ^ (b ^ (a ^ b)。

【讨论】：

解释为什么你做的减少是正确的——参考语言规范和运算符优先级信息。提问者很可能会遇到处理运算符优先级的其他问题（在这种语言和其他语言中）。
简化表示在最里面的括号a ^= b 等于a ^ b。这是正确的，因为分配给变量a 的值不会在其余的评估中使用。相反，该值稍后会被最外层括号评估的结果覆盖。不需要语言规范...

【解决方案3】：

这与 Bloch 和 Gafter 的 Java Puzzlers 书中的条目非常相似，请参阅第 2 章，谜题 7（“交换肉”）。我无法改进它。

解决方案中的解释是：

这个成语被用在 C 编程语言中，并由此产生它进入 C++，但不能保证在其中任何一个中工作语言。保证不能在 Java 中工作。 Java 语言规范说 运算符的操作数从左到右计算 [JLS 15.7]。要评估表达式x ^= expr， x 的值在计算 expr 之前被采样，并且这两个值的异或分配给变量x [JLS 15.26.2]。在 CleverSwap 程序中，变量 x 被采样两次——表达式中的每次出现一次——但两次采样发生在任何分配之前。以下代码 sn -p 描述了更详细地解释了损坏的交换习语的行为并解释了我们观察到的输出：

上面引用的代码是：

// The actual behavior of x ^= y ^= x ^= y in Java
int tmp1 = x;     // First appearance of x in the expression
int tmp2 = y;     // First appearance of y
int tmp3 = x ^ y; // Compute x ^ y
x = tmp3;         // Last assignment: Store x ^ y in x
y = tmp2 ^ tmp3;  // 2nd assignment: Store original x value in y
x = tmp1 ^ y;     // First assignment: Store 0 in x

【讨论】：

【解决方案4】：

检查运算符优先级（参考：http://introcs.cs.princeton.edu/java/11precedence/ 来自搜索 java 运算符优先级）。此处显示了对 Oracle 文档的引用 (http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se7/html/jls-15.html)，虽然它有点密集）。

特别是^=是从右到左（不是从左到右）处理的

【讨论】：

你应该为这些基本的东西指向正确的 Java 语言文档。此外，您应该对问题进行解释，而不仅仅是指向外部文档。

【解决方案5】：

我没有足够的声望点来评论 Nathan 的回答。

@Nathan Hughes 对 Java Puzzlers 这本书的回应恰到好处，他的回答指出了一些可以让您在 1 行中做到这一点的见解。虽然不如 OP 的问题那么优雅。

正如内森指出的那样：

在 CleverSwap 程序中，变量 x 被采样两次——每次出现在表达式中一次——但两次采样都发生在任何赋值之前

除了使用https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se7/html/jls-15.html 作为指导，您还可以通过以下方式在 1 行中执行此操作：

a = ( b = (a = a ^ b) ^ b) ^ a;

关键是变量值的赋值作为第一个 XOR 的一部分，确保您将其保留在第二个 XOR 的左侧（请参阅上面的 jls 链接，左侧操作数中赋值的一个很好的例子）。同样，将 b 变量设置为第二个 XOR 的结果，再次保持在最终 XOR 的左侧。

【讨论】：

【解决方案6】：

第二个变体等于

a=a^(b^(a^b));

【讨论】：