使用fill()初始化数组数组出现意外结果的原因及优化方案

问题场景 #

我使用fill()初始化两个数组数组：

A = fill(Vector{Float32}(zeros(Float32, 4)), 3);
B = fill(Vector{Float32}(ones(Float32, 4)), 3);

执行原地加法A[1] .+= B[1]后，发现A的所有元素都被修改：

3-element Vector{MVector{4, Float32}}:
 [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
 [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
 [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]

改用循环初始化后：

A = Array{Vector{Float32},1}(undef, 3) 

for x in 1:3
    A[x] = zeros(Float32,4)
end

B = Array{Vector{Float32},1}(undef, 3) 

for x in 1:3
    B[x] = ones(Float32,4)
end

执行相同操作后结果符合预期：

3-element Vector{Vector{Float32}}:
 [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
 [0.0, 0.0, 0.0, 0.0]
 [0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

问题解答 #

1. 为何两种初始化方式行为不同？ #

fill(x, n)的核心是创建一个包含n个同一对象引用的数组。

当你用fill(Vector{Float32}(zeros(Float32, 4)), 3)时，仅生成1个长度为4的Float32向量对象，A数组的3个元素全部指向这个对象。.+=是原地修改操作，直接改变向量本身的内容，而非修改数组元素的引用——所以所有指向该向量的数组元素都会同步看到变化，看起来就像A的所有元素都被修改了。

而循环初始化时，每次迭代调用zeros(Float32,4)都会生成全新的独立向量对象，并赋值给A的对应位置。此时A的3个元素分别指向3个互不关联的向量，修改其中一个自然不会影响其他元素。

2. 用单行方式实现循环初始化的效果？ #

可以，以下是几种简洁的单行写法：

列表推导式（推荐）

A = [zeros(Float32, 4) for _ in 1:3]
B = [ones(Float32, 4) for _ in 1:3]

列表推导式会为每个循环迭代创建新的向量对象，和手动循环的效果完全一致，语法简洁直观。

map函数

A = map(_ -> zeros(Float32, 4), 1:3)
B = map(_ -> ones(Float32, 4), 1:3)

map会对1:3中的每个元素执行匿名函数，每次调用zeros/ones都会生成新的向量对象。

注意：fill本身无法实现这个效果，因为它的参数是预先创建好的单个对象，无法自动为每个数组元素生成新对象。如果一定要用类似fill的形式，可结合Ref和广播，但这种写法冗余，不推荐：

A = [zeros(Float32,4) for _ in fill(Ref(()), 3)]

内容的提问来源于stack exchange，提问作者thehardyreader