C++で条件演算子を使わずに変数へ別の値を代入する方法

問題の概要

条件演算子（if文や三項演算子など）を一切使わずに、変数に対して2つの候補値のうち「現在とは異なる方」の値を代入する方法を考えます。

問題の詳細

この問題では、変数 a が与えられ、その値は x と y のどちらか一方と等しいものとします。ここで、a の現在の値が x と y のどちらであるかを判定せずに（つまり条件分岐を一切使わずに）、もう一方の値を a に代入するプログラムを作成する必要があります。

具体例で問題を確認してみましょう。

入力 : a = 43 ; x = 43 , y = 21
出力 : 21

説明 − a の初期値は 43 なので、もう一方の値である 21 を a の最終的な値として返す必要があります。

条件分岐が使えないため、「a の値を確認してから代入する」という単純なアプローチは取れません。そこで、条件判定に頼らない別の手法を検討する必要があります。実現方法は複数ありますが、ここでは最も実用的で分かりやすい2つの方法を紹介します。

方法1：算術演算子を使う

最もシンプルな方法のひとつが、加算と減算（または乗算と除算）を組み合わせる手法です。加算で値をまとめた後、減算で逆の操作を行う、という流れです。

数式で表すと次のようになります。

a = x + y − a または a = x * y / a

ただし、乗算と除算の組み合わせは計算コストが高いうえ、除算ではゼロ除算のエラーが発生するリスクがあります。そのため、実用上は「加算 − 減算」の組み合わせを採用するのが安全です。この式の仕組みは以下の通りです。

• a が x に等しい場合：a = x + y − x = y となり、y が代入される
• a が y に等しい場合：a = x + y − y = x となり、x が代入される

つまり、どちらの場合でも「現在と異なる値」が自動的に得られます。

コード例

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int x = 45;
    int y = 5;
    int a = x;
    cout << "a の初期値 : " << a;
    a = x + y - a;
    cout << "\n値を切り替えた後の a : " << a;
    return 0;
}

実行結果

a の初期値 : 45
値を切り替えた後の a : 5

方法2：ビット単位XOR演算子を使う

さらに効率的でエレガントな方法として、ビット単位のXOR演算子（^）を活用する手法があります。XORには「同じ値同士のXORは0になる」「任意の値と0のXORは元の値に戻る」という性質があり、これを利用することで条件分岐なしに値を切り替えられます。

式は次のようになります。

a = x ^ y ^ a;

この式の動作を確認してみましょう。

• a が x に等しい場合：a = x ^ y ^ x = y となり、y が代入される
• a が y に等しい場合：a = x ^ y ^ y = x となり、x が代入される

XOR演算は加減算よりも高速に処理できるほか、オーバーフローの心配もありません。ただし、大きな値を扱う場合にはビット幅に注意が必要です。

コード例

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int x = 56;
    int y = 78;
    int a = x;
    cout << "a の初期値 : " << a;
    a = x ^ y ^ a;
    cout << "\n値を切り替えた後の a : " << a;
    return 0;
}

実行結果

a の初期値 : 56
値を切り替えた後の a : 78

まとめ

条件演算子を使わずに変数の値を切り替える方法として、以下の2つを紹介しました。

• 算術演算子による方法：直感的で分かりやすいが、加算時のオーバーフローに注意が必要
• XOR演算子による方法：高速かつオーバーフローの心配が少なく、ビット演算の性質を活かしたエレガントな手法

どちらの方法も、x と y のどちらの値が入っているかにかかわらず、必ず「もう一方の値」を返すことが保証される点がポイントです。