为什么人们不使用异或交换？ [关闭]答案

【问题标题】：Why don't people use xor swaps? [closed]为什么人们不使用异或交换？ [关闭]
【发布时间】：2013-05-08 06:40:59
【问题描述】：

我在一个网站上读到，使用异或交换速度很快，因为它不使用临时变量。这是一个例子：

#include <stdio.h>

int main(void)
{        
    int a=234,b=789;
    b=b^a;
    a=b^a;
    b=b^a;
    printf("a=%d,b=%d",a,b);
    return 0;
}

为什么人们不在现实生活中的代码中使用这种技术？只是风格差吗？有什么没有明确定义的吗？这是我的编译器可能会自动从更清晰的代码中产生的优化吗？

【问题讨论】：

我怀疑是否有很多证据表明它通常更快（如果有的话）。
@xaxxon 你想提醒我注意页面的哪个部分？
闲聊、开放式问题会降低我们网站的实用性，并将其他问题推到首页。
我提出的所有问题都有直截了当的答案，而且大部分都是封闭式问题，只需要“是”或“否”的答案。这个问题是建设性的，因为它很可能会鼓励未来的访问者使用比异或交换更便携的方法。我认为您不会基于这些理由来解决这个问题。即使你这样做，我也会很快重新打开它；）
我认为，一旦您说“人们为什么不...”，您就偏离了 stackoverflow 的话题。此外，询问您在堆栈溢出的核心任务之外的风格趋势。这种类型的问题属于某处的博客，我很确定这不是一个真正的问题。你已经知道答案了，你正在半拖着寻找你认为在stackoverflow上回答的常见问题的答案，但stackoverflow特别不相信它们属于这里。我真的认为您应该创建一个编程博客并在那里发布此类内容。

标签： c swap xor premature-optimization

【解决方案1】：

使用 tmp 变量更快并且现代编译器和 CPU 的可读性更高。 2x 加载到寄存器中，然后 2x 存储回原始位置。

或者如果一个或两个变量已经在寄存器中，编译器可能会完全优化临时变量。如果 xor-swapping 在某些假设机器上更快，那么一个好的编译器会在优化 tmp = a; a = b; b = tmp; 时为您使用它，所以您不需要显式编写它。这就是为什么您使用 C 而不是在 asm 中手动编写的原因。

此外，xor-swap 仅适用于整数。如果你想交换浮点数怎么办？字符串？自定义对象？等等

【讨论】：

这几乎涵盖了它。对此进行扩展：编译器在优化第 2 点的交换方面会比异或交换做得更好；通常这将被转换为仅一条指令（或有时为零，因为可能会交换顺序指令），而异或交换仍为三。此外，异或交换的某些方面定义不明确；它们可能会产生错误的结果或陷阱表示，尤其是在使用负数时......更不用说专注于这个优化是愚蠢的；通过分析可能会发现更重要的问题。
@xaxxon 然而你坚持认为我的回答是错误的。这就是问题所在。
@xaxxon 考虑如果有填充位或负零陷阱表示会发生什么。 n1570.pdf（C11 标准草案）的第 6.5p5 节说：如果在评估表达式期间出现异常情况（即，如果结果未在数学上定义或不在其类型的可表示值范围内），行为未定义。
无论如何，它绝不限于任何特定类型的数据。它将交换任何两个等长的二进制表示。
@xaxxon 据我所知，^ 只能对整数类型进行操作，floatA & floatB 是编译器错误，因此您必须执行类似*(int *)&floatA ^ *(int *)&floatB 之类的操作，这会破坏@ 987654321@.

【解决方案2】：

所有答案都已经存在，认为它只是一个补充-

->如果两个值都用于相同的内存地址-结果将为零

->编译器可以优化掉原始交换中的临时变量

->现代 CPU 努力通过指令管道并行执行指令但是使用 XOR 技术比使用临时变量进行交换要慢得多，因为每个操作都取决于前一个的结果

->x+Y 可能会发生整数溢出

【讨论】：

【解决方案3】：

虽然没有显式临时变量，但在写入寄存器之前，结果实际上存储在隐式临时变量中。
使用异或交换，您需要确保被交换的变量不相同。否则，两者都应评估为 0。

【讨论】：

#2 不正确。如果 a == b，则值将保持不变。
@devnull：不。 b 将被设置为 0。然后 a 将被设置为 0^a，即 a。然后 b 将被设置为 b^a，仍然是 a。
我认为#2指的是完全相同的内存空间，不仅仅是相同的值，但我不确定。
如果，正如@xaxxon 建议的那样，在a 和b 以某种方式存在于同一地址的特殊情况下（在标准C 中不容易像ints 那样实现），结果是b 将在第一个b=b^a; 之后变为0，最后a 和b 将为0。这种特殊情况也适用于tmp = a; a = b; b = tmp;，应该共享地址。但是在这个代码示例中，a & b 和在不同的位置，a 和 b 将在给定任何初始值的情况下很好地交换。
#2 场景更有可能发生在交换指向对象的函数中。

【解决方案4】：

性能增益通常非常小，以至于“可理解代码”的成本高于获得的速度优势。

【讨论】：

获得的性能实际上是不存在的。编译器会为你处理所有这些——事实上，你的代码工作得越“正常”，编译器就能做得越好。而且编译器比您更擅长针对您的平台进行优化。
编译器只有在不懂汇编的情况下才能更好地优化。
即便如此，编译器很可能会经常打败你。这些东西非常聪明。
在大多数情况下，像这样的小“优化”不会为您节省大量时间。坚持使用可读的代码而不是试图比编译器更聪明。
@John3136：我同意这样一个小序列的增益是不存在的。对于较长的序列，编写良好（与可读性差别不大）的代码提供了一种优化方案，编译器可以很好地处理它。编译器对糟糕的代码（垃圾输入=垃圾输出）无能为力，结果是代码很慢。因此，好的代码意味着好的速度。