Java 多維陣列遍歷詳解

陣列是Java中的一種容器物件，它擁有多個單一型別的值。當陣列被建立的時候陣列長度就已經確定了。在建立之後，其長度是固定的。下面是一個長度為10的陣列：

public class ArrayDemo {
	private int arraySize=10;
	public int[] arrayOfIntegers = new int[arraySize];
}

上面的程式碼是一維陣列的例子。換句話說，陣列長度只能在一個方向上增長。很多時候我們需要陣列在多個維度上增長。這種陣列我們稱之為多維陣列。為簡單起見，我們將它稱為2維陣列。當我們需要一個矩陣或者X-Y座標系的時候，二維陣列是非常有用的。下面就是一個二維陣列的例子：

public class TheProblemOf2DArray {
	private static final int ARR_SIZE=10;
	public static void main(String[] args) {
		int arr[][]=new int[ARR_SIZE][ARR_SIZE];
	}
}

想象一下，一個二維陣列看起來就像一個X-Y座標系的矩陣。

然而，可能讓Java開發者們感到驚訝的是，Java實際上並沒有二維陣列。

在一個真正的陣列中，所有的元素在記憶體中都存放在連續的記憶體塊中，但是在Java的二維陣列並不是這樣。Java中所有一維陣列中的元素佔據了相鄰的記憶體位置，因此是一個真正的陣列。

在Java中，當我們定義：

int singleElement // 表示一個int變數
int[] singleDArray // 表示一個int變數陣列（一維）
int[][] twoDArray // 表示一個int變數陣列的陣列（二維）

這意味著，在上面的例子中，二維陣列是一個陣列的引用，其每一個元素都是另一個int陣列的引用。

這張圖片清楚地解釋了這個概念。

由於二維陣列分散在儲存器中，所以對效能有一些影響。為了分析這種差異，我寫了一個簡單的Java程式，顯示遍歷順序的重要性。

package arrayTraverse;
/**
 * 二維陣列的問題
 * 
 * 我們在初始化一個任意大小的2維陣列。（為簡化分析我們使用二維方陣）我們將用兩種不同方式迭代同一個陣列，分析結果
 * 兩種迭代方式的效能差距很大
 * @author mohit
 *
 */
public class TheProblemOf2DArray {
    //陣列大小：陣列越大，效能差距越明顯
    private static final int ARR_SIZE=9999;
    public static void main(String[] args) {
        //新陣列
        int arr[][]=new int[ARR_SIZE][ARR_SIZE];
        long currTime=System.currentTimeMillis();
        colMajor(arr); 
        System.out.println("Total time in colMajor : "+(System.currentTimeMillis()-currTime)+" ms");
        //新陣列，與arr完全相同
        int arr1[][]=new int[ARR_SIZE][ARR_SIZE];
        currTime=System.currentTimeMillis();
        rowMajor(arr1); // this is the only difference in above
        System.out.println("Total time in col : "+(System.currentTimeMillis()-currTime) +" ms");
    }

    /**
     * 下面的程式碼按列優先遍歷陣列
     * 即在掃描下一列之前先掃描完本列
     * 
     */
    private static void colMajor(int arr[][]) {
        for(int i=0;i<ARR_SIZE;i++){
            for (int j=0;j<ARR_SIZE;j++){
                //See this, we are traversing j first and then i
                arr[i][j]=i+j;
            }
        }
    }

    /**
     * 如果我們轉換內外迴圈
     * 程式就以行優先順序遍歷陣列
     * 即在掃描下一行之前先掃描完本行
     * 這意味著我們訪問陣列時每次都在訪問不同的列（因此也在訪問不同的頁）
     * 程式碼微小的改變將導致這個程式花費更多的時間完成遍歷
     */
    private static void rowMajor(int arr[][]) {
        for(int i=0;i<ARR_SIZE;i++){
            for (int j=0;j<ARR_SIZE;j++){
            /*看這個，我們先遍歷j，然後遍歷i，但是對於訪問元素來說
             * 它們在更遠的位置，所以需要花費的更多
             */
            arr[j][i]=i+j;
            }
        }
    }
}

下面是示例的結果：

重複上面的例子，它會始終給出類似的結果，不過時間差可能會有所不同。