a[i][j] 和 a[j][i] 的区别，你真的懂吗

看到一篇博客https://blog.youkuaiyun.com/u013256816/article/details/105525284； 里面提到一个面试题。

如下两代码块，哪个运行速度快。

int LEN = 10000;
int[][] arr = new int[LEN][LEN];

for (int i = 0; i < LEN; i++) {
    for (int j = 0; j < LEN; j++) {
        arr[i][j] = 1; //差别在这里
    }
}

int LEN = 10000;
int[][] arr = new int[LEN][LEN];

for (int i = 0; i < LEN; i++) {
    for (int j = 0; j < LEN; j++) {
        arr[j][i] = 1; //差别在这里
    }
}

Java下的答案是：arr[i][j]会比arr[j][i]快很多。

这篇博客对该问题的分析应该是套错了理论。根本没分析到点上。下面详细分析一下这个问题。

C/C++的多维数组内存分布

首先看下C/C++中，内存是怎么存储的，这在学校里都有教过，比较简单。

C/C++中多维数组也是连续分布的, 比如a[3][3]的内存分布如下:

从语言层面来说访问a[i][j] 与访问a[j][i]的速度是一样的，a[i][j]就是把指针移到a + i * len + j位置，而a[i][j]就是把指针移到a + j * len + i位置。
不过a[i][j]与a[i][j+1]内存空间是连在一起的，所以访问完a[i][j],a[i][j+1]一般就在cache中，所以a[i][j]这种方式实际运行时是会快很多。

Java中的多维数组的实现

Java中，Java中单维数组跟C/C++差不多，是在Heap中分配数组。不过多维数组情况就跟C/C++完全不一样了。从实现原理来说，可以认为Java就没有多维数组，Java的多维数组是采用单维数组来构成的。比如int[5][2]的内存分布如下图，它是1个int[5]单维数组, 5个int [2]单维数组构成的，int[5]单维数组存放5个int[2]数组的引用。由于它们的内存不是连续的，所以要访问A[3][2], 就必须向得到A[3]这个数组，然后对A[3]这个数组取第2个元素。

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对于这点，用QTrace分析Java/Android的内存也可以看出：

左边显示的是所有int[][]类型的实例，右边显示的是所有int[]类型的实例。

id=12664的两维数组中，包含一个id=12748的一维数组； 然后在所有int[]类型的列表中，也发现了id=12748的一维数组. 这正说明了，二维数组中包含的一维数组是独立的。

a[i][j]为什么速度快

看到如上的分析，估计有些同学会认为找到答案了：

for (int i = 0; i < LEN; i++) {
    for (int j = 0; j < LEN; j++) {
        arr[i][j] = 1; //在这个循环里，arr[i]不用重新取
        arr[j][i] = 1; //在这个循环里，arr[j]需要重新取
    }
}

不过这个分析是错的，arr[i][j]在执行的时候，也是每次要从arr数组中取arr第i个元素出来的。实际上问题并不出在arr[i],arr[j]上。

原因在于：

 for (int j = 0; j < LEN; j++) {
        arr[i][j] = 1; 
        /*执行完arr[i][0]后，会缓存arr[i][0]附近的内存，
        执行arr[i][1]可以执行从缓存中取数据,
        在这个循环里基本大部分数据都可以从缓存取的*/
 }

for (int i = 0; i < LEN; i++) {
    for (int j = 0; j < LEN; j++) {
         arr[j][i] = 1;
         /*
         执行完arr[0][i]后，缓存了arr[0]数组。
         下一条执行arr[1][i]，没有缓存可用，执行arr[2][i]也没有缓存可用，
         实际上这个循环里都没有缓存可用的。
         */
    }
}