C 中的通用数组元素交换

我现在意识到，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，无论数组类型如何？

可以，但是你必须告诉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);
}

它使用 VLA（可变长度数组 - C99 的一项功能和 C11 的可选功能）作为临时空间。本地数组的大小，temp，在运行时由函数参数控制size。如果您不相信用户不会请求交换多兆字节的数据，则可以改用动态内存分配，或者仅在大小大于（例如 1 KB）时才使用动态内存分配。

Either:

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;
    }
}

Or:

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。有多种方法可用于调整循环代码 - 另请参阅comments by rici如果您发现交换代码是瓶颈，则可以了解其他可以优化的方法。 您可以自由选择小于 1024 字节的大小； 64 或 128 也可能是可行的，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));

交换两个数组char:

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，您指定的大小必须是较小数组的大小才能安全。

您可以使用memcpy()代替memmove()如果你乐于危险地生活——尽管在这种情况下危险是有限的。 （如果你将一个对象与其自身交换，你会调用未定义的行为。否则，它是安全的。）memmove()总是有效；使用memcpy()通常有效。比起“大部分”，我更喜欢“总是”。

三种算法的测试工具

编译，例如：

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

当运行时Valgrind，代码获得了干净的健康证明。

Code:

#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 = %d\n", i, j);
    generic_swap(&i, &j, sizeof(i));
    printf("i = %d; j = %d\n", 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;
}

示例输出（每种算法的结果相同）：

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[\]^_`]