Java解惑（三） puzzle 24--35

    这是java解惑的第三篇了，讲的是循环之谜。其实循环的迷大多数都是来自于循环的判断条件的，因为一般循环出问题也都是在这里，结果往往就是无尽的循环或者一次也不循环了。其实这一章还是挺变态的，但是变态也在提示我们学的是不是够仔细。

 

puzzle 24 尽情享受每一个字节

class BigDelight {
    public static void main(String[] args) {
        for (byte b = Byte.MIN_VALUE; b < Byte.MAX_VALUE; b++) {
            if (b == 0x90)
                System.out.print("Joy!");
        }
    }
}

    这个例子会打印什么呢？直觉上当然会打印的是Joy！但实际上==两边不会相等。首先这是一个byte和整型在比较。byte扩展为整型的时候，数值范围是-128到127，但是0x90的值是144.所以这样比较肯定不会相等。这又是符号扩展引起的问题。解决的办法有两种，一是把0x90装换为byte，这样这个值肯定是在Byte的最大值和最小值之间。第二种方法是以前提到过的通过 (b & 0xff)来实现无符号的扩展。混合类型比较真心害人。

 

puzzle 25无情的增量操作

public class Increment {
    public static void main(String[] args) {
        int j = 0;
        for (int i = 0; i < 100; i++)
            j = j++;
        System.out.println(j);
    }
}

    乍一看可能认为是100，但实际打印的是0.这个问题其实以前在《C和指针》这本书中有专门讲过，关于自增操作p++和++p的区别，前者是先去值后执行自增，后者是先自增然后再取值。用java里面的解释是，第一个表达式的值是执行自增操作之前的，第二个表达式的值是执行自增操作之后的。说法不同而已。所以回到这个例子中，j=j++j总是被赋值为自增之前的值，所以j一直是0.这个算是画蛇添足了。

 

puzzle 26 在循环中

public class InTheLoop {
    public static final int END = Integer.MAX_VALUE;
    public static final int START = END - 100;

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        for (int i = START; i <= END; i++)
            count++;
        System.out.println(count);
    }
}

    这个例子很好玩，首先在循环控制条件处用了一个小于等于，不严格的循环控制，这就是一个小小的安全隐患，但是并不是本例中的关键，关键是这段代码将无线的循环下去。问题就在Integer.MAX_VALUE这里，他表示最大的整型，语义上的含义也就是没有比他更大的整型了。那么当i变为最大整型之后再加1，由于溢出，他就便会Integer.MIN_VALUE了。所以循环就这么一直执行下去了。一定要小心边界值，其实根本还是<=这种操作引起的。

 

puzzle 27 变幻莫测的i值

public class Shifty {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (-1 << i != 0)
            i++;
        System.out.println(i);
    }
}

    这个例子可以带来一些知识上的理解。我们知道java中int是32位，所以上面的例子应该在32次循环后就可以通过左移位把-1变为0.但实际上任何一个整型都不可能通过移位移除所有的数位。这和移位操作符的实现机制有关。就是对于三个移位操作符<<， >>， >>>来讲，当左边操作数是32位是，右边的操作数只取其低5位，即有操作数的实际范围是0--31，当左边操作数是64位是，右边操作数只取6位，即0--63.所以这个例子永远也成功不了。这是一个知识点的不足导致的谜题。那么解决办法就是，通过每次移动一些数位，多次移位来实现将-1的清零操作了。很不错的puzzle。

 

puzzle 28循环者

        // Place your declaration for i here

        while (i == i + 1) { 
        }

    接下来的几个puzzle都是关于写代码的了，这个要求是写出i的声明使得这个循环无限的循环下去。其实这个思路就是将i作为一个非常大的数字，以致于+1在可表示的范围内不能影响其值了。我们知道浮点数是不能精确的表示具体的值得，他是取的近似值，当数字达到某一个范围时，+1不影响其近似值。这个值可以是Double.POSITIVE_INFINITY 。或者我们干脆像书中写的 double i = 1.0/0.0 还是利用了float 和double不能精确表示数值。

 

puzzle 29循环者的新娘

        // Place your declaration for i here

        while (i != i) { 
        }

   还是给出i的声明，使得上面的循环可以无限循环下去。其实相信有看过javascript语法书的同学应该可以反映过来，与自身不相等的就是NaN(Not a Number)。他不等于任何数字，包括本身。他的本意只是用来判断数字的。

 

puzzle 30循环者的爱子

        // Place your declaration for i here

        while (i != i + 0) { 
        }

   给出i的声明，使得下面的循环无限的循环下去。刚开始我的思路是数据扩展来实现，但是发现也没有办法，。所以i不能是数字。你肯能想是Object，但是+操作符没有为Object重载，因此也不可以。这时候，应该要想到String了，String重载了+操作符，相信大家已经知道答案了，通过String不断的变化实现无限循环。

 

puzzle 31 循环者的鬼魂

        // Place your declaration for i here

        while (i != 0)
            i >>>= 1;

    循环者还没有完呢! 还是将上面的循环变成无限循环，科普一下>>>表示无符号的右移位，即所有位右移，不管正负，最高位用零补齐。回想前面的例子，这下i总得变零了吧。不知道你还记不记得这里的puzzle半斤八两吗？切入点就在这里，>>>=左右支持不同宽窄的数据类型，所以把 如下定义 short i = -1 ,-1在这里的表示是0xffff。因此首先i会被执行符号扩展到32位变成0xffffffff,向右移一位后，变成0x7fffffff，这时候再赋值给short类型的i，进行截断，高八位都没了，i就又变成了oxffff.所以这个循环就没完了。很好玩吧

 

puzzle 32 循环者的诅咒

        // Place your declarations for i and j here

        while (i <= j && j <= i && i != j) {
        }

   事情还没有完啊，继续使上面的循环成为无限循环。要满足上面的特性，首先就要保证>=这些关系不是反对称的。我们知道在基本的数据类型，>=是反对称的，也就是如果a>=b && b>=a ---> a == b 。但是==并不是一直用来比较值的，在java的对象比较中，这是用来比较具体对象引用的。所以答案就是采用java封装的基本数据类型，Integer i = new Integer(0)

 

puzzle 33 循环者遇到狼人

        // Place your declaration for i here

        while (i != 0 && i == -i) {
        }

    这个有些难了，除了0没有任何数字具有这样的特性。所以要从数据的表示上入手了。这个我完全没有思路，老老实实的看书吧。首先我们知道32位可以表示2^32个数字，其中0比较特殊，因为采用了二进制的补码机制，所以对0去负数，还是0.0具有唯一的表示，那么接下来就奇怪了2^32-1个数表示的正负数的个数肯定不相等了。说明有一个数字的正负数不能表示完整。这个数字就是Integer.MIN_VALUE，0x80000000.他取负之后是0x7fffffff+1还是它本身。答案就出来了。这是什么导致的呢？最终还是溢出。

 

puzzle 34被计数击倒了

public class Count {
    public static void main(String[] args) {
        final int START = 2000000000;
        int count = 0;
        for (float f = START; f < START + 50; f++)
            count++;
        System.out.println(count);
    }
}

    看到了可怕的浮点，所以结果肯定不是我们想的那样简单了。START是一个非常大的整型，我们知道float只能表示24的精度，看2000000000=2*(2*5)..*(2*5)里面一共十个2,所以f的低10位全部是0.而50用二进制表示只需要6位.所以这导致了2000000000和2000000050在float中表示是一样了，因为31位转成24位要舍掉后面的7位，但是后面7,8位都是0所以没有意义。建议是不要用浮点数做控制变量。

 

puzzle35 分分钟

public class Clock {
    public static void main(String[] args) {
        int minutes = 0;
        for (int ms = 0; ms < 60*60*1000; ms++)
            if (ms % 60*1000 == 0)
                minutes++;
        System.out.println(minutes);
    }
}

    这个很显然啦，ms % 60*1000 操作符顺序的问题，其实好的编程习惯可以免去这种错误，那就是把60*1000这种数字定义为一个常量，就好了。

 

     循环之谜中更多的是关于，循环变量的问题，其实和表达式之谜一样，好几个都是和数据类型有关的。这些数字都有些魔幻。想起以前就因为1/2得0这样的事情费了好多时间，这些puzzle就当给自己提个醒吧。