Java fejtörők – haladó

Java fejtörők – csapdák, buktató, és szélsőséges esetek. Ez egy könyv címe, amelynek szerzői J. Bloch és N. Gafter. Magyar nyelven a Kiskapu Kft. jelentette meg. A 2010-es magyar kiadás a 2005-ös angol nyelvű kiadás fordítása. A könyv weboldaláról (http://www.javapuzzlers.com), letölthető a 95 fejtörőhöz tartozó mintapéldák gyűjteménye, és elérhető a 270 oldalból minta fejezetként 28 oldalnyi tartalom 9 fejtörővel és azok részletes magyarázataival.

A két részre bontott blog bejegyzés a könyv anyagából válogatva készült el. Az első rész a bevezetés. Ez a második rész, haladó szintű példákkal. Néhány példát továbbfejlesztettem.

7. fejtörő: Mit ír ki program a konzolra?

public class Test {

static void workHard() {

try {

workHard();

}

finally {

workHard();

}

public static void main(String[] args) {

workHard();

System.out.println("Hello World!");

}

Kivételkezelés nélkül arra számítanánk, hogy a Hello World! nem jelenik meg a konzolon, mert a wordHard() metódus feltétel nélkül rekurzív módon folyamatosan újrahívja önmagát és az emiatt keletkező StackOverflowError hibával elszáll a program. A kivételkezelés természetesen módosítja a program működését.

Ha azt feltételezzük, hogy minden Throwable utódosztályból futás közben létrehozott objektum kivételkezeléssel elkapható, akkor végtelen ciklusnak tűnik a vezérlés, hiszen a try blokkban hibát okozó metódushívásra a finally blokkban újra ugyanannak a metódusnak a meghívásával reagálunk, amelyik korábban a hibát kiváltotta. Ez a gondolatmenet tévút. A kulcsszó a rekurzív vezérlést megvalósító verem adatszerkezet mérete. Részletes indoklás a blog bejegyzés végén található.

8. fejtörő: Mit ír ki program a konzolra?

public class Null {

static void greet() {

System.out.println("Hello World!");

}

public static void main(String[] args) {

((Null)null).greet();

}

Természetesen NullPointerException-re gyanakszunk, pedig a program hibátlanul működik. A kulcsszó a statikus metódusok minősítése, vagyis annak jelölése, hogy melyik osztálytól vagy objektumtól kérjük annak végrehajtását. Részletes indoklás a blog bejegyzés végén található.

9. fejtörő: Mit ír ki a program a konzolra?

import java.util.Calendar;

import java.util.Date;

public class Test {

public static void main(String[] args) {

Calendar c=Calendar.getInstance();

c.set(1999, 12, 31);

Date d=c.getTime();

System.out.println(c.get(Calendar.YEAR)+"-"+d.getDay());

}

Arra számítunk, hogy a kiírás 1999-12, de ehelyett 2000 1-et látunk a konzolon. Tudjuk, hogy a Date osztály jó része már deprecated és ezen próbáltak javítani a Calendar osztállyal. Bár ne tették volna. A kulcsszó az ős dátumkezelést megvalósító API rejtelmeiben van. Részletes indoklás a blog bejegyzés végén található.

10. fejtörő: Mit ír ki a program a konzolra?

class X {

static class Y {

static String Z="Black";

}

static C Y=new C();

}

class C {

String Z="White";

}

public class Test {

public static void main(String[] args) {

System.out.println(X.Y.Z);

}

Nem tűnik egyértelműen eldönthetőnek a helyzet, ezért szintaktikai hibára gyanakodhatunk. Azonban a forráskód helyes, a program futás közben sem dob kivételt/hibát és a konzolon megjelenik a White. Szokatlan, hogy nagybetűvel konstansokat szokás jelölni, pedig nincs erre utaló final a forráskódban. A kulcsszó a sorrendiségen van, ha ugyanabban a hatókörben/blokkban van azonos nevű változó és típus/osztály. Részletes indoklás a blog bejegyzés végén található.

11. fejtörő: Mit ír ki a program a konzolra?

import java.util.Random;

public class Test {

private static Random r=new Random();

private static void swap(Object[] a, int i, int j) {

Object temp=a[i];

a[i]=a[j];

a[j]=temp;

}

public static Object[] shuffle(Object[] a) {

for (int i = 0; i < a.length; i++)

swap(a, i, r.nextInt(a.length));

return a;

}

public static void main(String[] args) {

String[] s1={"alma", "körte", "barack", "dinnye"};

for(Object o: shuffle(s1))

System.out.print(o+", ");

System.out.println();

}

A program helyes és egyértelműnek tűnik. A konzolra az s1 szövegtömb elemei kerülnek ki véletlenszerűen összekeverve. Finomítsunk a kérdésen. Vajon minden lehetséges permutáció azonos eséllyel fordul elő? Ha ez a kérdés egyáltalán felmerül, akkor a válasz nyilván nem. A kulcsszó most egy kis matematika. Részletes indoklás a blog bejegyzés végén található.

12. fejtörő: Mit ír ki a program a konzolra?

import java.util.Arrays;

public class Test {

public static void main(String[] args) {

Integer[] array={3, 1, 4, 1, 5, 9};

Arrays.sort(array,

(Integer i1, Integer i2) -> i1 < i2 ? -1 : (i2 > i1 ? 1 : 0));

System.out.println(Arrays.toString(array));

}

Ez a forráskód nem úgy működik, ahogyan a könyv írja. Meglepő módon nem a [3, 1, 4, 1, 5, 9]-et adja, hanem az [1, 1, 3, 4, 5, 9]-et. Némi indoklás a blog bejegyzés végén található.

Részletes indoklások

7. fejtörő: ha a try blokkban folyamatosan meghívja saját magát a workHard() metódus, akkor előbb-utóbb betelik a verem. Ekkor a finally blokkra kerül a vezérlés, ahonnan újra hívja saját magát a workHard() metódus. Persze követni kell, hogy a rekurzió végrehajtása során a lefelé haladó vagy a felszálló ágon vagyunk és nem mindegy, hogy melyik szinten. A háttérben egy teljes bináris fa bontakozik ki, amelynek mélysége azonos a verem méretével, mélységi korlátjával. Ezt a teljes bináris fát járja be a program, azaz mélységi fabejárás. Egy n mélységű teljes bináris fa elemeinek száma 2ⁿ-1. A verem mérete a virtuális gép beállításaitól függ, több ezer mélységű is lehet. Végtelen ciklusról tehát nincs szó. Ugye milyen izgalmas? További részletek a könyv 100-102. oldalán találhatók.
8. fejtörő: a végrehajtás kiértékeli a statikus greet() metódus hívásának minősítő kifejezését, de figyelmen kívül hagyja a kapott értéket. A metódust végrehajthatnánk Null.greet()-ként vagy közvetlenül (minősítés nélkül) meghívva is. További részletek a könyv 122-124. oldalán találhatók.
9. fejtörő: a Date osztály a hónapokat nulla bázissal kezeli, ezért csak 0-11-ig „van értelme”. Számíthatnánk a tömb vagy szöveg túlindexelésénél tapasztaltakhoz hasonlóan kivételre, de nem ez történik. A 12. hónap a következő év első/nulladik hónapját jelöli. Ezért látjuk a konzolon a 2000-et, amit egy kötőjel követ. A Date.getDay() deprecated metódus pedig a dátumobjektumban tárolt nap adott héten (nem hónapban!) elfoglalt helyét adja meg, ami nullával, azaz vasárnappal indul. Tehát a konzolon megjelenő 1 nem a 2000. januárt jelenti, hanem azt, hogy a 2000. január 31. hétfőre esik. Aki ezek után meri használni a régi dátumkezelő API-t, magára vessen. További részletek a könyv 141-143. oldalán találhatók.
10. fejtörő: ha ugyanabban a hatókörben/blokkban van azonos nevű változó és típus/osztály, akkor a változó neve az elsődleges. Ha betartjuk a névadási konvenciókat ( ClassName, objectName, CONSTANT_NAME), akkor nem adódhatnak ilyen gondok. Még egy csavar van: ha az előző elnevezési módosításokat megtesszük, akkor a program a Black-et írja ki a konzolra. További részletek a könyv 161-163. oldalán találhatók.
11. fejtörő: konkrét esetből általánosítunk. 4 elemre a ciklus 4-szer hajtódik végre és minden lépésben kiválaszt egyet a 0 és az 3 indexű elemek közül, ami 4⁴=256-féle lehetséges eredményt ad. Ha az r objektum jól működik, akkor az egyes futások esélye/valószínűsége megegyezik. 4 elemű tömb elemeinek 4!=24 (faktoriális) féle permutációja (lehetséges sorrendje) van. Mivel a 256 nem osztható 24-gyel, így biztos, hogy a shuffle() metódus bizonyos permutációkat gyakrabban állít elő, mint másokat. Általánosan: nⁿ nem osztható n!-sal, ha n>2 egész szám. Vajon mi történik, ha egy 52 lapos pakli kártyát keverünk össze? Vajon milyen érdekességet vet ez fel? Minden poént nem lövünk le itt a blogban. További részletek a könyv 228-232. oldalán találhatók.
12. fejtörő: ez a tankönyv utolsó példája. A felvetett gondolat nagyon frappáns: az összehasonlító rész „ha fej, én nyerek, ha írás, te veszítesz” tüneteitől szenved. További részletek a könyv 232-233. oldalán találhatók.

Állásinterjúkon időnként visszaköszönnek hasonló fejtörők, de ezekkel óvatosan kell bánni. Egy programozási nyelv „joghézagainak”, buktatóinak, szélsőséges eseteinek ismerete a könyv szintjét elérő ismeretanyaggal nem lehet elvárt még egy meghirdetett senior pozíció esetén sem. Ezen fejtörők ismerete (vagy nem tudása) egy jelöltről nem árulja el a mindennapokban használható szakmai tudás meglétét/hiányát. De nyilván aki szakmailag folyamatosan fejlődik és mindenféle keretrendszert alkotó forráskódokban turkál, elemez, előbb-utóbb találkozik ezekkel/ilyenekkel.

Tanfolyamainkon nem kifejezetten foglalkozunk hasonló problémákkal, de azért időnként feszegetjük a határokat. Természetesen részletesen indokoljuk, ha előkerül valamilyen hasonló eset. Általánosságban nem célunk, hogy extrém eseteken keresztül, a programozási nyelv gyenge pontjaira kihegyezve oktassuk a Java programozási nyelvet.