如何有效地迭代固定的三维矩阵（java）

Question

作为我正在构建的程序的一部分，我需要遍历三维矩阵中的所有点。 在每一点上，我都需要执行一个以 int x, int y, int z 作为参数的方法。

三维矩阵总是具有相同的宽度（16）长度（16）和高度（256）。

什么是最高效的迭代方式？（我特别关心 CPU，不太关心内存使用）

据我所知，我认为这是最有效的方法，但如果它们更快，我愿意接受其他建议。

A.直接迭代：

public void doSomethingForAllPointsInMatrix(Matrix matrix){
  for(int x= 0; x<16; x++){
    for(int z = 0; z<16; z++){
      for(int y = 0; y<256; y++){
        matrix.doSomething(x,y,z);//A method out of my control without any alternatives
      }
    }
  }
}

B.迭代包含坐标的数组

private static final int[] zeroToFifteen; //Contains every number from 0 to 15
private static final int[] zeroToTwoHundredFiftyFive; //Contains every number from 0 to 255
public void doSomethingForAllPointsInMatrix(Matrix matrix){
  for(int x: zeroToFifteen){
    for(int z: zeroToFifteen){
      for(int y: zeroToTwoHundredFiftyFive){
        matrix.doSomething(x,y,z);//A method out of my control without any alternatives
      }
    }
  }
}

提前感谢您提供的任何帮助！

Answer 1

计数循环已经是最有效的迭代机制之一。

您合并数组的想法表明您不知道数组上的 for-each 循环只是从零到数组长度的索引上的计数循环的语法糖。
换句话说，你的

public void doSomethingForAllPointsInMatrix(Matrix matrix){
  for(int x: zeroToFifteen){
    for(int z: zeroToFifteen){
      for(int y: zeroToTwoHundredFiftyFive){
        matrix.doSomething(x,y,z);//A method out of my control without any alternatives
      }
    }
  }
}

基本上等价于

  public void doSomethingForAllPointsInMatrix(Matrix matrix){
    for(int index1 = 0; index1 < zeroToFifteen.length; index1++){
      int x = zeroToFifteen[index1];
      for(int index2 = 0; index2 < zeroToFifteen.length; index2++){
        int z = zeroToFifteen[index2];
        for(int index3 = 0; index3 < zeroToTwoHundredFiftyFive.length; index3++){
          int y = zeroToTwoHundredFiftyFive[index3];
          matrix.doSomething(x,y,z);//A method out of my control without any alternatives
        }
      }
    }
  }

与第一种方法的计数循环的不同之处仅在于执行额外的数组操作，这不太可能提高性能。

由于你的界限是 2 的幂，你可以用一个循环来完成整个操作

public void doSomethingForAllPointsInMatrix(Matrix matrix) {
  for(int coord = 0; coord < 0x10000; coord++) {
    matrix.doSomething(coord >> 12, coord & 0xff, (coord >> 8)&0xf);
  }
}

减少条件句的数量。但是，实际性能取决于 JVM 的优化器如何利用它，并且它可能更好地处理嵌套循环。

因此，您只能尝试对方法进行基准测试，以找到“最佳”，而“最佳”可能会有所不同，具体取决于系统和 JVM 实现/版本。

正如 cmets 中所说，性能可能由 doSomething 所做的任何事情决定，如果处理顺序对您的程序逻辑并不重要，您应该尝试使用其他迭代顺序，因为它可能会影响缓存的使用方式.