递归函数中列表添加数组后所有数组内容一致问题排查

我原本期望代码能将随机整数数组填充到outputList列表中，但实际输出时所有数组的数值完全相同。注：使用随机值仅为演示输出始终一致的问题，我知晓存在更优的随机值填充方式。另外需要说明的是，我需要用上一次迭代的数组值进行下一次迭代。

原代码 #

List<int[]> outputList = new();
private static void Main()
{
    Program program = new();
    program.StartTest();  //start non-static StartTest()-method
}

private void StartTest()
{
    int[] inputArray = new int[3];   //create array {0, 0, 0}

    Test(inputArray, 10);   //call Test()-method, repeat 10 times

    for(int i = 0; i < outputList.Count; i++)  //finally print the "outputList"
    {
        string outputStr = string.Join(" ", outputList[i]);
        Console.WriteLine(outputStr);
    }
    Console.ReadLine();
}

private void Test(int[] array, int n)
{
    outputList.Add(array);   //add the array to the outputList

    //fill array with random integers
    Random rand = new();
    for(int i = 0; i < array.Length; i++)
       array[i] = rand.Next(0, 1000);

    //call function again, if n > 0
    n--;
    if (n > 0)
        Test(array, n);
}

预期输出 #

23 432 437
43 645 902
342 548 132
... (随机值)

实际输出 #

252 612 761
252 612 761
252 612 761
... (始终为相同值)

问题原因 #

1. 数组是引用类型：每次向outputList添加的都是同一个数组的引用，后续对数组的修改会同步到列表中所有指向该数组的引用项，最终列表里所有项显示的都是最后一次修改后的数组内容。
2. Random实例重复创建：短时间内多次新建Random实例，会使用相同的系统时钟种子，导致生成的随机数完全一致。

解决办法 #

要满足“用上一次迭代的数组值进行下一次迭代”的需求，同时解决上述问题，可做以下修改：

• 只创建一个Random实例，避免重复初始化导致随机数重复；
• 向列表添加数组时，添加当前数组的副本，而非原数组引用，这样后续修改原数组不会影响已存入列表的内容。

修改后的代码 #

List<int[]> outputList = new();
// 只创建一个Random实例
private readonly Random _rand = new();

private static void Main()
{
    Program program = new();
    program.StartTest();
}

private void StartTest()
{
    int[] inputArray = new int[3];
    Test(inputArray, 10);

    foreach (var arr in outputList)
    {
        Console.WriteLine(string.Join(" ", arr));
    }
    Console.ReadLine();
}

private void Test(int[] array, int n)
{
    // 添加数组的副本到列表，而非原引用
    outputList.Add((int[])array.Clone());

    // 修改原数组，用于下一次迭代
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        array[i] = _rand.Next(0, 1000);
    }

    n--;
    if (n > 0)
        Test(array, n);
}

说明 #

• 使用(int[])array.Clone()创建数组副本，确保列表中每个元素都是独立的数组实例；
• 将Random实例设为类成员，保证每次生成随机数使用同一个种子序列，输出不同的随机值；
• 原数组会被持续修改，作为下一次迭代的输入，满足“用上一次迭代的数组值进行下一次迭代”的需求。

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