二维数组遍历方式(先行后列、先列后行)差异测试

该博客探讨了二维数组遍历的两种方式——先行后列与先列后行的耗时差异,通过测试数据表明,尽管两者时间复杂度相同,但在数据量较大时,耗时差异显著。原因涉及操作系统缓存机制和内存访问效率。博主分析了可能的原因,包括内存加载、缓存丢失和寻址成本,并指出内存大小对性能的影响。

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package com.hulk.java.test;

/**
 * 二维数组遍历
 * 二维数组遍历耗时测试数量:5000
 * 先行后列耗时1:46801759
 * 先列后行耗时2:389399550
 * 二维数组遍历耗时测试数量:50
 * 先行后列耗时1:9087
 * 先列后行耗时2:9482
 * @author zhanghao
 *
 */
public class DoubleArrayTest {

	public static final int COUNT = 5000; 
	public static void main(String[] args) {
		arrayTraversal(COUNT);
		
		arrayTraversal(50);
	}

	/**
	  * 二维数组遍历方式(先行后列、先列后行)差异测试
	  * eg1:
	  * 二维数组遍历耗时测试数量:5000
	  * 先行后列耗时1:46801759
	  * 先列后行耗时2:389399550
	  * eg2:
	  * 二维数组遍历耗时测试数量:50
	  * 先行后列耗时1:9087
	  * 先列后行耗时2:9482
	  * 结论: 两种方式遍历复杂度一样,数量不同,导致耗时差异非常大;
	  * 原因:1. 数据较多时,内存不是一次性把全部数据加载到缓存,有的数据是在内存中,没有加载到缓存,获取比较耗时;
	  *     2. 先列后行存在“翻页”现象:系统通常是按照行把对象构造出来,先列就需要取做更多寻址,需要的对象不在缓存,需要重新构造,所以比较慢。
	  * 可以看出耗时相差很大。相同的时间复杂度,但是执行的时间相差这么大。
	  * 问题在操作系统和缓存大小限制。有的操作系统在进行数据缓存的时候是将二维数组的整行进行存储,如果按列进行读取则会出现缓存丢失,会去内存中读。
	  * 当然也可能是只会缓存当前位置的同行的后一个数据。具体看操作系统的实现,这两种都是加速大概率事件的思想(PC存储下一个指令也是这个思想)。
	  * 直接从缓存中读取数据的速度肯定是比去内存中读取的要快,这就是两者差异这么大的原因。
	  * 当然如果内存足够大,能直接缓存所有的二维数组的数据,就不会又这种差异
	 * @param count
	 */
	public static void arrayTraversal(int count) {
		System.out.println("二维数组遍历耗时测试数量:" + count);
		int x = count;
		int y = count;
        int[][] array = new int[x][y];
        long startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < x; i++) {
            for (int j = 0; j < y; j++) {
                array[i][j]+=array[i][j];
            }
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("先行后列耗时1:" + (endTime - startTime));
        
        //先列后行
        long startTime2 = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < y; i++) {
            for (int j = 0; j < x; j++) {
                array[j][i]+=array[j][i];
            }
        }
        long endTime2 = System.nanoTime();
        System.out.println("先列后行耗时2:" + (endTime2 - startTime2));
	}
}

<think>嗯,用户想知道如何在C++中遍历二维数组,需要示例语法。首先,我需要回忆C++中二维数组的基本概念。根据引用[2],二维数组可以看作数组的数组,每个元素又是一个一维数组。那遍历的话应该需要嵌套循环,外层控制行,内层控制。 然后,关于如何定义二维数组,引用[3]提到了一维数组的定义方式,而二维数组应该类似,比如int arr[行数][数]。初始化的话可能像引用[5]里的例子,用int arr[3][4]。接下来遍历的话,可能需要两个循环,外循环遍历行,内循环遍历。引用[4]提到了使用size_t类型作为索引,这是一种无符号整数,适合数组下标,避免负数。 用户可能需要具体的代码示例。比如,用传统的for循环,外层i从0到行数-1,内层j从0到数-1,然后访问arr[i][j]。另外,也可以用基于范围的for循环,这在C++11之后支持,这样可以更简洁,但要注意如果使用引用避免拷贝,特别是当元素是对象时。例如,使用auto &row来遍历每一行,再遍历每个元素。 还要注意数组在内存中是按行存储的,所以遍历时行优先效率更高,这可能也是需要提到的点。另外,动态分配的二维数组可能需要不同的遍历方式,但用户的问题可能集中在静态数组上。根据引用[5]中的例子,静态数组的声明遍历,所以应该以静态数组为例。 最后,是否需要提到指针遍历?可能对于初学者来说,先掌握基本的循环方法更重要。所以示例部分给出两种方法:传统for循环基于范围的循环,并说明各自的优缺点。还要注意语法细节,比如正确使用范围循环的引用,以及正确的下标访问方式。可能还需要提醒用户数组越界的问题,使用正确的索引范围。</think>在C++中遍历二维数组的常用方法是通过嵌套循环实现,以下是具体语法示例说明: ### 基础语法 二维数组遍历需要两个循环嵌套: ```cpp for (行索引遍历) { for (索引遍历) { 访问数组元素 } } ``` ### 具体示例 #### 1. 传统for循环遍历 ```cpp #include <iostream> using namespace std; int main() { int arr[3][4] = {{1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}}; // 外层循环遍历行 for (size_t i = 0; i < 3; ++i) { // size_t确保无符号索引[^4] // 内层循环遍历 for (size_t j = 0; j < 4; ++j) { cout << arr[i][j] << " "; } cout << endl; } return 0; } ``` #### 2. 基于范围的for循环(C++11+) ```cpp for (auto& row : arr) { // 使用引用避免拷贝 for (auto element : row) { cout << element << " "; } cout << endl; } ``` ### 关键特性说明 1. **内存布局**:二维数组在内存中按行连续存储,行优先遍历效率更高[^2] 2. **索引类型**:推荐使用`size_t`作为索引类型,避免负数索引问题[^4] 3. **范围循环**:C++11引入的语法更简洁,但需注意数组维度必须明确
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