(原創) 如何交換兩個變數，而不動用第三個變數? (C/C++) (C) (.NET) (C#)

Abstract
一般要交換兩個變數，會用到一個新的變數當暫存，是否能只用兩個變數做交換呢?

Introduction
這是我一個網友問我的，他說他同學去工作面試時所考的題目，一般我們要交換兩個變數會這樣寫。
C++

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

假如你也這樣寫，表是你是一個很正常的coder，:D，但這樣寫還必須多一個變數tmp當暫存，能否不需tmp也能交換呢?

神奇的xor
xor全名為exclusive or，其truth table為

x	y	x xor y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

簡單的說，就是當x和y不同時，其質為true。但xor最神奇的，是它具可逆性，這是其他and、or、or等邏輯做不到的。

x xor y = z
z xor y = x
z xor x = y

所以z可以看成是一個暫存變數，只要在xor x回來就可以得到y，或xor y回來等於x。

所以若要兩數交換，可以這樣寫。

x = x xor y
y = x xor y
x = x xor y

為什麼三次xor就可以呢?以上的code原本應該寫成

z = x xor y
y = z xor y
x = z xor y (此時y已經等於x，所以相當於z xor x)

但這樣寫多了一個變數z，且x在過程中已經不會用到了，所以將變數z放在x中，可以省下一個變數，所以就變成了

x = x xor y
y = x xor y
x = x xor y

一切的神奇都歸因於xor具有可逆性。

Working Code

C

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

C++

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

C#

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

使用offset
這種解法的想法是，用一個64bit int同時包含這兩個數，所以先將x左移32bit後，再和y相加，此時新的數就同時包含x和y。若要取出y，直接對0xffff做and遮罩(mask)，若要取出x，先右移32bit後，再對0xffff做and遮罩。

Working code
C++

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

13行

{

int為32bit，long long為64bit，如此寫法可保證32 bit的int都可以正確swap，負數也可以。

C#

}

執行結果

x = 1, y = 2
x = 2, y = 1

C#就不太一樣了，C#的ref不允許int直接轉long，所以13行，14行只敢offset 16bit，也就是說，這種寫法只允許用在16bit的int，更大的數會有問題。

哪種方式速度較快?
以下是我的測試程式

C++ by temp

}

C++ by xor

}

C++ by offset

}

C# by temp

}

C# by xor

}

C# by offset

}

執行結果

	temp	xor	offset
C++	2.333s	3.154s	2.293s
C#	3.615s	16.633s	12.648s

測試平台 Pentium M 733 1.2G / Memory : 2G

C++ : offset > temp > xor
C#  : temp > offset > xor

Conclusion
xor是最慢無庸置疑，但offset在C++比temp快一點，但差距有限，但在C#卻是temp有壓倒性的勝利，原因不明。