C言語のビット演算子（XOR）を使って2つの数値を交換する方法

C言語では、一時変数を使用せずに、ビット演算子（XOR）だけで2つの数値を交換することができます。この記事では、その仕組みと具体的な実装方法を解説します。

問題

Cプログラミングにおいて、ビット演算子を使って2つの数値を交換するにはどうすればよいのでしょうか。

解決策

コンパイラは、まず与えられた10進数を2進数に変換します。その後、ビットごとのXOR演算を実行することで、メモリ上の別の場所へ数値を交換します。この方法の最大の特徴は、第3の変数（一時変数）が不要という点です。

アルゴリズム

処理の手順は以下の通りです。

START
Step 1: 2つの変数 a と b を宣言する
Step 2: コンソールから2つの数値を入力する
Step 3: ビット演算子（XOR）を使って数値を交換する
        a = a ^ b
        b = a ^ b
        a = a ^ b
Step 4: a と b の値を出力する
STOP

プログラム

実際のC言語のコードは以下のようになります。

#include<stdio.h>
int main(){
    int a,b;
    printf("enter the values for a and b:");
    scanf("%d%d",&a,&b);
    printf("value of a=%d and b=%d before swap\n",a,b);
    a= a^b;
    b= a^b;
    a= a^b;
    printf("value of a=%d and b=%d after swap",a,b);
    return 0;
}

実行結果

enter the values for a and b:24 56
value of a=24 and b=56 before swap
value of a=56 and b=24 after swap

動作の解説

入力値 a=24、b=56 の場合、内部では次のように処理が進みます。

• a = 24 → 2進数表現：011000
• b = 56 → 2進数表現：111000

XOR演算を3回繰り返すことで、値が入れ替わります。

a = a^b = 011000 ^ 111000 = 100000
b = a^b = 100000 ^ 111000 = 011000
a = a^b = 100000 ^ 011000 = 111000

最終的に以下の結果が得られます。

• a = 111000 → 10進数に戻すと 56
• b = 011000 → 10進数に戻すと 24

このように、XOR演算の性質（同じ値同士のXORは0になる、任意の値と0のXORは元の値になる）を利用することで、一時変数なしで効率的に数値を交換できます。