C语言状态机实现螺旋矩阵代码为何最后短暂停顿？

该代码实现了从矩阵[0][0]开始的螺旋遍历（例如3×3矩阵：

[[1 2 3]  
[4 5 6]  
[7 8 9]]

输出结果为 [1 2 3 6 9 8 7 4 5]），运行时整体功能正常，但最后阶段会出现短暂停顿才输出结果数组。问题代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef enum {
    move_right,
    move_down,
    move_left,
    move_up
}States;

void print_array(int* arr, int n)
{
    for(int i = 0; i<n; i++){
        printf(" %d", arr[i]);
    }
}

void spiral_matrix(int* input, int row_size, int col_size, int* output)
{
    int size = row_size * col_size;
    int max_col = col_size-1;
    int max_row = row_size-1;
    int min_col = 0;
    int min_row = 0;
    int i = 0;
    int j = 0;
    States current_state = move_right;
    int idx = 0;
    while(idx < size) {
        switch (current_state)
        {
        case move_right:
            if(j < max_col) {
                output[idx] = *(input+i*col_size + j);
                j++;
                idx++;
            } else {
                current_state = move_down;
                min_row += 1;
            }
            break;
        case move_down:
            if(i < max_row) {
                output[idx] = *(input+i*col_size + j);
                i++;
                idx++;
            } else {
                current_state = move_left;
                max_col--;
            }
            break;
        case move_left:
            if(j > min_col) {
                output[idx] = *(input+i*col_size + j);
                j--;
                idx++;
            } else {
                current_state = move_up;
                max_row--;
            }
            break;
        case move_up:
            if(i > min_row) {
                output[idx] = *(input+i*col_size + j);
                i--;
                idx++;
            } else {
                current_state = move_right;
                min_col += 1;
            }
            break;
        default:
            break;
        }   
    }
}
#define N 4
#define M 4

void main(void)
{
    int A[N][M] = {{1,2,3,4},
                    {5,6,7,8},
                    {9,10,11,12},
                    {13,14,15,16}};
    int* spiral_out = (int*)malloc(N*M*sizeof(int));
    spiral_matrix(A[0], N, M, spiral_out);
    print_array(spiral_out, N*M);
    free(spiral_out);
}

停顿原因 #

核心问题在于最后一个元素的处理逻辑存在无意义的循环空转：

当前代码的逻辑是：在每个移动方向的分支中，只有处于"可以继续移动"的条件下，才会将当前元素写入输出数组并推进索引；当到达边界时，仅切换移动状态、调整边界，不处理当前位置的元素。

当遍历到最后一个元素时，该元素恰好处于边界切换的节点上。此时代码会反复切换状态、调整边界，却不执行赋值操作，直到多轮循环后，状态和边界的组合刚好满足"可以继续移动"的条件，才会处理最后一个元素并退出循环。这期间的空转循环会消耗少量时间，表现为短暂停顿。

以4×4矩阵为例：当idx走到15（总元素数16，最后一个元素索引为15）时，i和j停在矩阵中心位置，此时代码会依次切换move_right→move_down→move_left→move_up→move_right，多次调整边界后，才会触发赋值逻辑，完成最后一个元素的处理。

修复方案 #

调整每个状态分支的逻辑，先处理当前元素，再判断是否继续移动，避免边界切换时遗漏元素导致空转：

修改后的核心逻辑示例（以move_right分支为例，其余分支同理）：

case move_right:
    // 先写入当前元素
    output[idx] = *(input+i*col_size + j);
    idx++;
    // 再判断是否继续移动
    if(j < max_col) {
        j++;
    } else {
        current_state = move_down;
        min_row += 1;
    }
    break;

修改后每个元素都会被及时处理，不会出现无意义的循环空转，停顿现象也会消失。

内容的提问来源于Stack Exchange，提问作者Kyuhyong You