Java异或魔术：不用中间变量也能玩转数值交换

这个面试官最爱问的题目，藏着怎样的二进制秘密？

那是我第一次参加技术面试时遇到的场景——面试官在白板上写下int a=5,b=7，要求在不使用第三个变量的情况下交换这两个值。当我用颤抖的手指写出a = a ^ b; b = a ^ b; a = a ^ b;时，明显感觉到面试官眼里闪过赞许的目光。这种利用异或运算实现的数值交换魔术，究竟是怎样在二进制层面完成魔法般的数值调换呢？

二进制世界的消消乐游戏

想象你的内存里有两位二进制守卫，他们手持长短不一的木棍（1和0）。异或运算就像个严格的安检门：当两个守卫同时举起木棍（1^1）时，安检门亮红灯（0）；当只有一个守卫举棍（1^0或0^1）时，绿灯放行（1）。这种特性让异或运算在数据处理中展现出独特的魅力。

• 自反性：x ^ x = 0（就像把同一把钥匙插入两次就会锁死）
• 恒等性：x ^ 0 = x（带着空手铐过安检当然畅通无阻）
• 交换律：a ^ b = b ^ a（守卫调换位置也不影响检查结果）

三步换位的数学推演

让我们用实际数字拆解这个魔术戏法。假设初始值a=5（0101），b=7（0111）：

1. a = a ^ b → 0101 ^ 0111 = 0010（十进制2）
2. b = a ^ b → 0010 ^ 0111 = 0101（十进制5）
3. a = a ^ b → 0010 ^ 0101 = 0111（十进制7）

此时后台的变量已经完成交换，但很多新手会困惑：为什么第二步计算用的是已经改变的a值？这其实涉及到程序执行的时序性——每个赋值语句都会立即更新变量存储的值。

当魔法遇到现实中的陷阱

虽然这个方法在理论课上堪称完美，但实战中我踩过不少坑。还记得那次在算法竞赛中，我自信满满地写出这样的代码：

public static void swap(int[] arr, int i, int j) {
    arr[i] ^= arr[j];
    arr[j] ^= arr[i];
    arr[i] ^= arr[j];
}

当i和j指向同一个数组位置时，这段代码就像被施了遗忘咒——不仅没完成交换，反而把数值清零了！这是因为当操作的是同一内存地址时，异或运算的自反性会导致数据归零。这个教训让我明白：任何酷炫的技巧都需要配套的防御性代码。

现代Java还需要这种技巧吗？

在JDK15的研发讨论会上，有位工程师提出个有趣的问题：随着现代CPU架构的发展，这种传统的位运算技巧是否还有存在价值？我们通过JMH基准测试发现：

虽然差异不大，但临时变量法反而略占优势。这是因为现代编译器对传统写法的优化已经非常成熟，而异或运算需要额外的位操作指令。不过在一些嵌入式开发或内存极度受限的场景，这种技巧依然闪耀着独特光芒。

从交换变量到加密世界

异或运算的价值远不止于变量交换。某次在开发文件加密模块时，我发现用异或实现的对称加密既简单又高效：

byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) {
    byte[] result = new byte[data.length];
    for(int i=0; i
同样的原理也应用在RAID5磁盘阵列、CRC校验等场景。这种运算就像二进制世界的瑞士军刀，虽然结构简单却能应对各种棘手问题。

还记得去年帮学弟调试的一段诡异代码吗？他试图用异或交换两个对象引用，结果程序像中了夺魂咒般崩溃。这提醒我们：异或交换只适用于基本数据类型，对对象引用进行操作不仅无效，还可能引发不可预知的后果。下次遇到类似需求时，不妨先用System.out.println(Integer.toBinaryString(a))看看变量的二进制真容，再决定施展哪种魔法更合适。