螺旋矩阵Java实现问题：输出与预期不符求排查

问题背景 #

需要实现Java静态方法int[][] spiral(int rows, int columns)，返回一个rows×columns的二维数组，从1开始以顺时针螺旋方式填充数字至rows*columns。测试时发现第三行第三列预期为29，实际输出为31，不符合预期。

原代码 #

static int[][] spiral(int rows, int columns) {
   int mat[][] = new int[rows][columns];
    int counter = 1;
    int startCol = 0;
    int endCol = columns - 1;
    int startRows = 0;
    int endRows = rows -1;

    while (startRows <= endRows && startCol <= endCol){
        for (int i = startCol; i <= endCol; i++){
            mat[startRows][i] = counter;
            counter++;
        }
        startRows++;

        for (int j = startRows; j <= endRows; j++){
            mat[j][endCol] = counter;
            counter++;
        }
        endCol--;

        for (int l = endCol; l >= startCol; l--){
            mat[endRows][l] = counter;
            counter++;
        }
        endRows--;

        for(int y = endRows; y >= startRows; y--){
            mat[y][startCol] = counter;
            counter++;
        }
        startCol++;
    }

    return mat;
}

预期输出 #

[[1;2;3;4;5;6];
[18;19;20;21;22;7];
[17;28;29;30;23;8];
[16;27;26;25;24;9];
[15;14;13;12;11;10]]

实际输出 #

[[1;2;3;4;5;6];
[18;19;20;21;22;7];
[17;28;31;30;23;8];
[16;27;26;25;24;9];
[15;14;13;12;11;10]]

错误分析 #

问题出在当矩阵只剩下单行或单列时，后续循环仍会执行，导致已填充的位置被重复覆盖。以测试用例的5行6列为例：
当循环执行到最后一轮时，startRows=2、endRows=2（仅剩下第三行），startCol=2、endCol=3。

1. 第一个循环正常填充第三行的第3、4列（索引2、3），赋值为29、30，startRows变为3；
2. 第二个循环因startRows(3) > endRows(2)不执行，endCol变为2；
3. 第三个循环此时仍会执行，填充第三行的第3列（索引2），将原本的29覆盖为31，这就是错误的根源；
4. 后续循环不再执行，但错误已经产生。

解决思路：每个填充循环执行前，先判断当前的边界是否合法，避免不必要的填充操作。

修正后的代码 #

static int[][] spiral(int rows, int columns) {
    int mat[][] = new int[rows][columns];
    int counter = 1;
    int startCol = 0;
    int endCol = columns - 1;
    int startRow = 0;
    int endRow = rows - 1;

    while (startRow <= endRow && startCol <= endCol) {
        // 从左到右填充顶部行
        for (int i = startCol; i <= endCol; i++) {
            mat[startRow][i] = counter++;
        }
        startRow++;

        // 从上到下填充右侧列，先判断是否还有行可填充
        if (startRow <= endRow) {
            for (int j = startRow; j <= endRow; j++) {
                mat[j][endCol] = counter++;
            }
            endCol--;
        }

        // 从右到左填充底部行，先判断是否还有列可填充
        if (startCol <= endCol) {
            for (int l = endCol; l >= startCol; l--) {
                mat[endRow][l] = counter++;
            }
            endRow--;
        }

        // 从下到上填充左侧列，先判断是否还有行可填充
        if (startRow <= endRow) {
            for (int y = endRow; y >= startRow; y--) {
                mat[y][startCol] = counter++;
            }
            startCol++;
        }
    }

    return mat;
}

验证结果 #

修正后执行代码，第三行第三列的值为29，与预期输出完全一致：

[[1;2;3;4;5;6];
[18;19;20;21;22;7];
[17;28;29;30;23;8];
[16;27;26;25;24;9];
[15;14;13;12;11;10]]

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Max.ZiLvova