C 語言交換兩數的五種經典實作與效能比較

C 語言交換兩數的五種經典實作與效能比較

交換兩個變數值是程式設計入門的經典問題。C 語言提供多種實作方式，各有優缺點。

1. 使用暫存變數（最直觀、最安全）

int a = 10, b = 20, temp;
temp = a;
a = b;
b = temp;

封裝為函數時需傳址：

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

2. XOR 位元運算（無需暫存變數）

a = a ^ b;
b = a ^ b; // 此時 b = a
a = a ^ b; // 此時 a = 原 b

優點：不佔額外記憶體。缺點：現代編譯器優化下效能不一定更好；若 a 與 b 指向同一記憶體位址會歸零。

3. 加減法（無需暫存變數，但有溢位風險）

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

缺點：整數相加可能溢位導致未定義行為，不推薦用於生產環境。

4. 使用標準庫 stdlib.h 的 swap 巨集（C11 _Generic）

C11 可利用 _Generic 實作型別通用的 swap 巨集，但較少見。

5. C++ std::swap（C++ 專用，支援移動語意）

#include <utility>
std::swap(a, b);

效能與建議

• 現代編譯器（GCC/Clang/MSVC -O2/-O3）對暫存變數法優化極好，常產生與 XOR 相同甚至更優的組合語言（如 xchg 指令）。
• 可讀性最高、無副作用的是暫存變數法，推薦作為預設選擇。
• 嵌入式系統極度受限記憶體時，可考慮 XOR，但需確保兩變數不重疊。