1. 理解Java中的对象与数组引用
在java中，当我们将对象（包括数组）赋值给变量或作为参数传递时，传递的不是对象本身，而是对该对象的引用。这意味着多个变量可以指向内存中的同一个对象。对于基本数据类型（如int, double, boolean等），赋值操作会复制其值；但对于对象类型（包括数组），赋值操作只会复制其引用。
例如，int[][] A声明了一个二维整型数组的引用。当你执行Matrices m = new Matrices(); m.setM(A);时，Matrices对象内部的M字段将持有与局部变量A相同的引用，它们都指向内存中的同一个二维数组实例。
2. 问题场景分析
考虑以下场景：在一个循环中，我们希望将一个二维数组在不同迭代中的状态保存到一个ArrayList
原始的Matrices类定义如下：
public class Matrices {
private int M[][]; // 按照Java命名规范，通常建议使用小写字母m
public int[][] getM() {
return M;
}
public void setM(int[][] M) {
this.M = M;
}
}在主程序中，我们尝试在循环中创建Matrices对象并将其添加到ArrayList中：
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import java.util.ArrayList;
public class FloydAlgorithmExample {
// 假设panel.CreaMatriz() 和 panel.EscribeMatrices() 是外部方法
// 简化示例，此处用模拟数据代替
static class Panel {
public int[][] CreaMatriz() {
// 模拟初始矩阵
return new int[][]{
{0, 3, 1, Integer.MAX_VALUE},
{Integer.MAX_VALUE, 0, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE},
{Integer.MAX_VALUE, 4, 0, 1},
{3, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 0}
};
}
public String EscribeMatrices(int[][] matrix) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int[] row : matrix) {
for (int val : row) {
if (val == Integer.MAX_VALUE) {
sb.append(" ∞ ");
} else {
sb.append(String.format("%3d", val));
}
}
sb.append("\n");
}
return sb.toString();
}
}
public static void main(String[] args) {
Panel panel = new Panel();
ArrayList matrices = new ArrayList<>();
// 初始矩阵
int[][] A = panel.CreaMatriz();
// 模拟节点数量
ArrayList 运行上述代码，会发现ArrayList中的所有Matrices对象都存储了相同的、即最后一次迭代结束后A数组的状态。这是因为m.setM(A)只是将A的引用传递给了Matrices对象。在每次循环迭代中，虽然创建了新的Matrices对象m，但它们都指向了内存中的同一个int[][] A数组实例。当A数组在循环内部被修改时，所有引用它的Matrices对象都会“看到”这些修改。
3. 解决方案：执行数组深拷贝
要解决这个问题，我们需要确保在每次将Matrices对象添加到ArrayList之前，它内部的int[][] M字段持有的是当前A数组的一个独立副本，而不是其引用。这需要对二维数组进行“深拷贝”。
深拷贝意味着不仅复制数组的引用，还要复制数组中所有元素的值，特别是当元素本身也是引用类型时，需要递归地复制这些引用指向的对象。对于int[][]这种二维数组，它是一个“数组的数组”，因此需要复制外部数组（行数组的引用）以及每个内部数组（实际的整型数据）。
下面是一个实现二维int数组深拷贝的辅助方法：
public class ArrayUtils {
/**
* 对二维整型数组进行深拷贝。
* @param original 原始二维数组
* @return 原始数组的一个独立副本
*/
public static int[][] deepCopy(int[][] original) {
if (original == null) {
return null;
}
int[][] copy = new int[original.length][];
for (int i = 0; i < original.length; i++) {
if (original[i] != null) {
// 使用 Arrays.copyOf 复制内层一维数组
copy[i] = java.util.Arrays.copyOf(original[i], original[i].length);
} else {
copy[i] = null; // 处理内层数组为null的情况
}
}
return copy;
}
}4. 整合解决方案
现在，我们将深拷贝逻辑集成到主循环中：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays; // 用于Arrays.copyOf
// ... (Matrices类和Panel类保持不变，或根据Java命名规范进行修改) ...
public class FloydAlgorithmCorrectedExample {
// ... (Panel类定义，同上) ...
// 辅助类，用于深拷贝数组
static class ArrayUtils {
public static int[][] deepCopy(int[][] original) {
if (original == null) {
return null;
}
int[][] copy = new int[original.length][];
for (int i = 0; i < original.length; i++) {
if (original[i] != null) {
copy[i] = Arrays.copyOf(original[i], original[i].length);
} else {
copy[i] = null;
}
}
return copy;
}
}
public static void main(String[] args) {
Panel panel = new Panel();
ArrayList matrices = new ArrayList<>();
int[][] A = panel.CreaMatriz();
ArrayList 通过m.setM(ArrayUtils.deepCopy(A))这一行，我们确保了每次添加到ArrayList中的Matrices对象都持有一个独立的int[][]数组副本。即使A数组在后续迭代中被修改，之前添加到列表中的Matrices对象也不会受到影响，从而正确地保存了每个迭代阶段的数组状态。
5. 注意事项与最佳实践
- 命名规范: 遵循Java的命名约定至关重要。类名使用驼峰命名法（Matrices），变量名和方法名使用小驼峰命名法（m, getM, setM）。原始代码中的int M[][]应改为int m[][]或int[][] m，panel.CreaMatriz()应改为panel.createMatrix()。
- 深拷贝的必要性: 并非所有情况都需要深拷贝。如果被存储的对象是不可变的（immutable），或者你确实希望所有引用都指向同一个可变对象以反映其最新状态，则不需要深拷贝。但当需要保存对象在不同时间点的独立快照时，深拷贝是必要的。
- 深拷贝的实现: 对于更复杂的对象图（包含多层嵌套的对象），深拷贝可能需要递归实现，或者考虑使用序列化/反序列化（如Apache Commons Lang库的SerializationUtils.clone()）或第三方库（如Jackson, Gson）来辅助实现。
- 性能考虑: 深拷贝会带来额外的内存分配和CPU开销。对于非常大的数组或频繁的拷贝操作，应评估其对性能的影响。
6. 总结
在Java中处理对象集合时，理解引用语义是避免常见陷阱的关键。当ArrayList中存储的对象包含可变引用类型（如数组）时，如果希望每个存储的实例都拥有其独立的状态，就必须进行深拷贝。通过明确地复制底层数据，我们可以确保程序的行为符合预期，避免因引用共享而导致的数据不一致问题。
