greatvovan

uint32_t xor_all = 0;
uint32_t xor_bit[32] = {0};

....

for (i = 0; i < n; ++i) {
    xor_all ^= in;
    for (j = 0; j < 32; ++j) {
        if (in & (1 << j))
            xor_bit[j] ^= in;
    }
}

for (j = 0; j < 32; ++j) {
    if (xor_all & (1 << j)) {
        out1 = xor_bit[j];
        out2 = xor_all ^ xor_bit[j];
        break;
    }
}

Идея в том, что непарные числа должны различаться хотя бы одним битом.
Мы будем кроме общего ксора тащить по одному ксору для чисел, имеющих i-й бит установленным.
В конце общий ксор даст нам различающиеся биты, по одному из которых мы найдём одно из непарных чисел, а там и второе.