Ruby数组的奇怪现象

今天是2011年的端午节，下午实在是无聊就把之前遇到的一个问题拿出来分析一下，居然发现了一个比较怪异的现象。

 

之前为了练习WxRuby的使用写一个俄罗斯方块游戏，但是被卡在了一个问题上，在用一个2维数组表示墙体的时候，需要遍历障碍物，在障碍物达到底部或其他障碍物时候，需要给那个2维数组赋值。但是无论如何总是达不到我的效果。

 

我的2维数组初始化方式如下：

 

def initialize
    @obstacles = Array.new(Const::WIDTH,Array.new(Const::HEIGHT , 0))
end

 

在给2维数组中某一个元素赋值的代码如下：

def accept(shape)
   0.upto 3 do |x|
      0.upto 3 do |y|
        if shape.member?(x,y,false)
          p "#{shape.left + x} - #{shape.top + y}"
          @obstacles[shape.left + x][shape.top + y] = 1
          p @obstacles
        end
      end
   end
end

 

上面的打印结果如下：

"0 - 14"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]]
"1 - 12"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1]]
"1 - 13"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1]]
"1 - 14"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1]]

上面的结果明显不正确，在给@obstacles[0][14] = 1 赋值后，得到的结果却是：

"0 - 14"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]]

 

令我感到非常的奇怪，我再次认真的检查代码，在排除我的代码问题后，我断定是ruby的问题。问题很有可能出现在@obstacles变量的初始化部分。

于是我在irb做如下的测试：

a = Array.new(4,Array.new(4,0))

 

#=> [[0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0]]

 

a[0][1] = 1

 

a # => [[0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0], [0, 1, 0, 0]]

 

很怪的现象，我给一个元素赋值，怎么其他的元素也被赋值了呢？

 

为了找到答案我又做了如下的实验：

 

a = [[0,0,0,0],[0,0,0,0,]]

 

a[0][1] = 1

 

a #=> [[0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0]]

 这次的结果居然是正确的。为什么他没有出像像上面的情况呢？很容易看出在声明a变量的时候使用的方法不同。

我开始怀疑是Array.new 和 [] 不一样。为了得到答案我们来看看API怎么说：

 

Array.new(size=0, obj=nil) Array.new(array) Array.new(size) {|index| block }

 

Returns a new array. In the first form, the new array is empty. In the second it is created with size copies of obj (that is, size references to the same obj ) . The third form creates a copy of the array passed as a parameter (the array is generated by calling to_ary on the parameter). In the last form, an array of the given size is created. Each element in this array is calculated by passing the element’s index to the given block and storing the return value.

 

   Array.new
   Array.new(2)
   Array.new(5, "A")

   # only one copy of the object is created
   a = Array.new(2, Hash.new)
   a[0]['cat'] = 'feline'
   a
   a[1]['cat'] = 'Felix'
   a

   # here multiple copies are created
   a = Array.new(2) { Hash.new }
   a[0]['cat'] = 'feline'
   a

   squares = Array.new(5) {|i| i*i}
   squares

   copy = Array.new(squares)

主要到上面的解释中我把比较关键的地方加粗了，跟重要的得放我加了下划线。  它的意思是所在采用Array.new(size,obj)方式实例化一个数组的时候，会采用obj对象引用的方式把新数组填充到size大小。

 

看完后我似乎明白一点了。但是还是新存疑惑，我游做了如下的实验：

 

a = Array.new(4,0)

 

a[2] = 1

 

a #=> [0, 0, 1, 0]

 为什么上面的代码没是正确的呢？很明显这两个实验室有差异的，在给变量a赋值的时候，一个为Array.new(4,0)，另一个为Array.new(4,Array(4,0) )。最大的差异就在被加粗的部分，一个是0零一个是一个数组。他们有什么区别呢？为什么会产生上面的奇怪现象呢？我的大脑似乎不够用了。

 

就在这个时刻我也不知道，我是怎么想起来的，似乎在哪里看到过这样的说法，在ruby中数组是传的引用，而0是值传递。这样一来上面的现象就一点都不奇怪了。在Array.new(4,Array(4,0) )这种赋值方式中，一维数据中的每一个元素都是二维元素的一个引用，一维元素都指向同一个数组。当给其中的一个二维元素赋值后，其他的一维元素都得到改变后的数据。

 

 

因此要避免上述情况给我们的工作带来的麻烦，我们需要时刻记住ruby中的数据是传递的引用，而不是值传递。这个问题同样可以衍生到在给一个方法传递一个数组的参数时，却在该方法中改变了该数据。那么当该方法返回后原先作为参数传递的数据已经发生变化了。 如果确实要在方法中该表数组类型的参数，应先将该数组clone一份。

 

问题分析清楚了，解决办法自然就有了。

 

对于短小且明确元素的二维数组可以采用直接编写的方式：

a = [[1,3,4,4,4,],[3,3,3,3,4]]

 对于不明确的二维数据可以采用如下的方式：

a = Array.new(2){|item| item = Array.new(2,0)}

 关于这两中方法为什么可以解决上面出现的问题，我相信你要是认真看完了本文，应该能够给出答案。

 

 

对了，最后不要忘记修正我的游戏代码：

  def initialize
    @obstacles = Array.new(Const::WIDTH){|element| element = Array.new(Const::HEIGHT , 0)}
  end

正确的结果如下：

"0 - 14"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
"1 - 12"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
"1 - 13"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
"1 - 14"
[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]