C中的通用数组元素交换

Question

我现在已经意识到，在我的许多代码中，我将有2或3个这样的函数：

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

每个都有自己的指针类型。我想知道的是，是否有一种方法可以交换数组的两个元素，例如，不管数组类型如何？

Answer 1

是的，但您必须告诉swap代码元素有多大：

void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
char temp[size];
memmove(temp, v1, size);
memmove(v1, v2, size);
memmove(v2, temp, size);
}

这使用了一个VLA(可变长度数组——C99的一个特性和C11的一个可选特性)作为临时空间。本地数组temp的大小在运行时由函数参数size控制。如果你不相信你的用户不会要求交换多兆字节的数据，你可以使用动态内存分配，或者只在大小大于1千字节时使用动态内存配置。

任一：

void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
size_t chunk = (size > 1024) ? 1024 : size;
size_t offset = 0;
char *s1 = v1;
char *s2 = v2;
char  temp[chunk];
while (size > 0)
{
size_t length = (size > chunk) ? chunk : size;
memmove(temp, s1 + offset, length);
memmove(s1 + offset, s2 + offset, length);
memmove(s2 + offset, temp, length);
size -= length;
offset += length;
}
}

或者：

void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
void *v3 = malloc(size);
if (v3 != 0)
{
memmove(v3, v1, size);
memmove(v1, v2, size);
memmove(v2, v3, size);
free(v3);
}
}

循环版本避免了动态内存分配的开销，并且不会比在三个操作中全部复制慢多少。有多种方法可以用来调整循环代码——另请参阅rici关于其他方法的评论，如果您发现交换代码是一个瓶颈，可以使用这些方法进行优化。您可以自由选择小于1024字节的大小；64或128可能也是可行的，并且函数中不一定需要VLA。

交换两个整数：

int i = 37;
int j = 99;
swap_generic(&i, &j, sizeof(i));

要交换char:的两个阵列

char data[80] = "A tabloid writer's nightmare on steroids";
char info[80] = "Obsequiousness will get you nowhere fast";
swap_generic(data, info, sizeof(data));

等等。请注意，数组的大小必须相同——或者，更准确地说，为了安全起见，您指定的大小必须是较小数组的大小。

如果你愿意危险地生活，你可以使用memcpy()而不是memmove()——尽管在这种情况下危险是有限的。(如果将对象与其本身交换，则调用未定义的行为。否则，它是安全的。)使用memmove()总是有效的；使用CCD_ 8通常是有效的。我更喜欢"总是"而不是"大部分"。

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测试三种算法的线束

使用编译，例如：

gcc -O3 -g -std=c11 -Wall -Wextra -Werror -DUSE_GENSWAP_3 swap89.c -o swap89

当使用Valgrind运行时，代码会得到一个干净的健康账单。

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#if !defined(USE_GENSWAP_1) && !defined(USE_GENSWAP_2) && !defined(USE_GENSWAP_3)
#define USE_GENSWAP_1
#endif
extern void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size);
#ifdef USE_GENSWAP_1
void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
char temp[size];
memmove(temp, v1, size);
memmove(v1, v2, size);
memmove(v2, temp, size);
}
#endif
#ifdef USE_GENSWAP_2
void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
size_t chunk = (size > 1024) ? 1024 : size;
size_t offset = 0;
char *s1 = v1;
char *s2 = v2;
char  temp[chunk];
while (size > 0)
{
size_t length = (size > chunk) ? chunk : size;
memmove(temp, s1 + offset, length);
memmove(s1 + offset, s2 + offset, length);
memmove(s2 + offset, temp, length);
size -= length;
offset += length;
}
}
#endif
#ifdef USE_GENSWAP_3
void generic_swap(void *v1, void *v2, size_t size)
{
void *v3 = malloc(size);
if (v3 != 0)
{
memmove(v3, v1, size);
memmove(v1, v2, size);
memmove(v2, v3, size);
free(v3);
}
}
#endif
static size_t min_len(size_t x, size_t y) { return (x < y) ? x : y; }
static void dump_long_buffer(const char *tag, size_t length, char buffer[length])
{
int maxpadlen = strlen(tag) + sizeof(" = ") - 1;
printf("%s = ", tag);
size_t offset = 0;
int padlen = 0;
while (length > 0)
{
int linelen = min_len(length, 80 - maxpadlen - sizeof("[]n"));
printf("%*s[%.*s]n", padlen, "", linelen, buffer + offset);
offset += linelen;
length -= linelen;
padlen = maxpadlen;
}
}
int main(void)
{
int i = 37;
int j = 99;
printf("i = %d; j = %dn", i, j);
generic_swap(&i, &j, sizeof(i));
printf("i = %d; j = %dn", i, j);
char data[80] = "A tabloid writer's nightmare on steroids";
char info[80] = "Obsequiousness will get you nowhere fast";
printf("data = [%s]ninfo = [%s]n", data, info);
generic_swap(data, info, sizeof(data));
printf("data = [%s]ninfo = [%s]n", data, info);
char maxibuff1[2560];
char maxibuff2[2560];
for (size_t k = 0; k < sizeof(maxibuff1); k++)
{
maxibuff1[k] = k % 64 + '!';
maxibuff2[k] = 'z' - k % 64;
}
/* The aligned output is mostly the result of serendipity */
dump_long_buffer("maxibuff1", sizeof(maxibuff1), maxibuff1);
dump_long_buffer("maxibuff2", sizeof(maxibuff2), maxibuff2);
generic_swap(maxibuff1, maxibuff2, sizeof(maxibuff1));
dump_long_buffer("maxibuff1", sizeof(maxibuff1), maxibuff1);
dump_long_buffer("maxibuff2", sizeof(maxibuff2), maxibuff2);
return 0;
}

样本输出(每个算法的结果相同)：

i = 37; j = 99
i = 99; j = 37
data = [A tabloid writer's nightmare on steroids]
info = [Obsequiousness will get you nowhere fast]
data = [Obsequiousness will get you nowhere fast]
info = [A tabloid writer's nightmare on steroids]
maxibuff1 = [!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]
[!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]
…
[!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]
maxibuff2 = [zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
[zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
…
[zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
maxibuff1 = [zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
[zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
…
[zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba`_^][ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA@?>=<;]
maxibuff2 = [!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]
[!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]
…
[!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[]^_`]

Answer 2

在Jonathan Leffler的精彩回答的补充中，如果使用gcc，您可以将其作为宏：

#define SWAP(a,b) 
({  __auto_type _store = (a); 
(a) = (b); 
(b) = _store; })

这使用__auto_type C扩展来避免必须提供类型，但它在evry编译器上不起作用请参见https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Typeof.html.

当它定义一个_存储变量时，它还稍微污染了命名空间