平成23年春期基本情報技術者午後問11（Java）

ここでは、当社の新人研修受講者に向けて、基本情報のJavaの過去問を掲載しています。

想定しているのは、NetBeansなどのIDEにコピー・ペーストしたうえで、自分の正しいと思う答えを埋めて動作を確認するという使い方です。

次の Java プログラムの説明及びプログラムを読んで，設問１，２に答えよ。

〔プログラムの説明〕

　クラス ArrayAppendableCharSequence 及び ListAppendableCharSequence は , 追加可能な 0 個以上の文字からなる文字列（文字の並び）を表現するインタフェース AppendableCharSequence を異なるデータ構造で実装したプログラムである。

　インタフェース AppendableCharSequence は，パッケージ java.lang のインタフェース CharSequence 及び Appendable で定義されている次のメソッドからなる。

(1) メソッド charAt は，引数 index で指定された位置の文字を返す。文字の位置はインデックス値で表され，文字列の長さが１以上のとき，最初の文字の位置は０，最後の文字の位置は文字列の長さ－１で表される。引数で指定されたインデックス値が負又は文字列の長さ以上の場合は， IndexOutOfBoundsException を投げる。

(2) メソッド length は，文字列の長さを返す。

(3) メソッド append は，引数で指定された文字を文字列の末尾に追加する。戻り値として，この AppendableCharSequence のインスタンス自身を返す。

(4) メソッド toString は，このインスタンスの文字列を String オブジェクトで返す。

　クラス ArrayAppendableCharSequence は，char 型の配列を用いてインタフェース AppendableCharSequence を実装したものである。メソッド append は，配列の空いている最初の要素に文字を格納する。配列に空き要素がないときは，要素の個数が現在の配列よりも EXT_SIZE の値だけ大きな配列を生成し，既存の文字データを移し，空いている最初の要素に文字を格納する。

　クラス ListAppendableCharSequence は，連結リスト構造を用いてインタフェース AppendableCharSequence を実装したものである。入れ子クラス ListAppendableCharSequence.Bucket（以下，Bucket という）は，連絡リストの要素である。Bucket のインスタンス１個につき，要素の個数が EXL_SIZE である char 型の配列を用意し，そこに文字データを保持する。Bucket の配列に空き要素がなくなり，次の文字を追加できないときは，新規に Bucket のインスタンスを生成し，連絡リストに追加する。

　クラス Test は，上記二つのクラスそれぞれの実装が異なるメソッド append の実行時間を測定するプログラムである。メソッド measureTime は，引数 n で指定された回数だけ，引数 a で指定されたインスタンスのメソッド append を呼び出し，実行時間をミリ秒単位で測定する。

［プログラム１］

public interface AppendableCharSequence {
    public char charAt(int index);
    public int length(); 
    public AppendableCharSequence append(char c);
    public String toString();
}

public interface AppendableCharSequence {

public char charAt(int index);

public int length();

public AppendableCharSequence append(char c);

public String toString();

}

［プログラム２］

public class ArrayAppendableCharSequence
        implements AppendableCharSequence {

    private static final int EXT_SIZE = 10;
    private int length;
    private char[] data;

    public ArrayAppendableCharSequence1() {
        data = new char[EXT_SIZE];
    }

    public char charAt(int index) {
        if(index < 0 || index >= length)
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        return data[index];
    }

    public int length() {
        return length;
    }

    public AppendableCharSequence append(char c) {
        if (data.length == length) {
            char[] temp = new char[length + EXT_SIZE];
            for (int i = 0; i </*  a  */; i++) {
                temp[i] = data[i];
            }
            data = temp;
        }
        data[length++] = c;
        return this;
    }

    public String toString() {
        return new String(data, 0, length);
    }
}

public class ArrayAppendableCharSequence

implements AppendableCharSequence {

private static final int EXT_SIZE = 10;

private int length;

private char[] data;

public ArrayAppendableCharSequence1() {

data = new char[EXT_SIZE];

}

public char charAt(int index) {

if(index < 0 || index >= length)

throw new IndexOutOfBoundsException();

return data[index];

}

public int length() {

return length;

}

public AppendableCharSequence append(char c) {

if (data.length == length) {

char[] temp = new char[length + EXT_SIZE];

for (int i = 0; i </* a */; i++) {

temp[i] = data[i];

}

data = temp;

}

data[length++] = c;

return this;

}

public String toString() {

return new String(data, 0, length);

}

［プログラム３］

public class ListAppendableCharSequence
        implements AppendableCharSequence {

    private static final int EXT_SIZE = 10;
    private Bucket bucketList;
    private int length;

    public ListAppendableCharSequence1() {
        bucketList = new Bucket();
    }

    public char charAt(int index) {
        if (index < 0 || index >= length) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        Bucket bucket = getBucket(index);
        return bucket.data[/*  b  */];
    }

    public int length() {
        return length;
    }

    public AppendableCharSequence append(char c) {
        int offset = length % EXT_SIZE;
        Bucket bucket = getBucket(/*  c  */);
        if (offset == 0 && length != 0) {
            bucket.next = new Bucket();
            bucket = bucket.next;
        }
        bucket.data[offset] = c;
        length++;
        return this;
    }

    public String toString() {
        char[] data = new char[length];
        Bucket bucket = bucketList;
        int size;
        for (int len = length; len > 0; len -= size) {
            size = (len >= EXT_SIZE) ? EXT_SIZE : len;
            for (int i = 0, j = /*  d  */); i < size; i++, j++) {
                data[j] = bucket.data[i];
            }
            bucket = bucket.next;
        }
        return new String(data);
    }

    private Bucket getBucket(int index) {
        int n = index / EXT_SIZE;
        Bucket b = bucketList;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            b = b.next;
        }
        return b;
    }

    private static class Bucket {

        private Bucket next;
        private char[] data = new char[EXT_SIZE];
    }
}

public class ListAppendableCharSequence

implements AppendableCharSequence {

private static final int EXT_SIZE = 10;

private Bucket bucketList;

private int length;

public ListAppendableCharSequence1() {

bucketList = new Bucket();

}

public char charAt(int index) {

if (index < 0 || index >= length) {

throw new IndexOutOfBoundsException();

}

Bucket bucket = getBucket(index);

return bucket.data[/* b */];

}

public int length() {

return length;

}

public AppendableCharSequence append(char c) {

int offset = length % EXT_SIZE;

Bucket bucket = getBucket(/* c */);

if (offset == 0 && length != 0) {

bucket.next = new Bucket();

bucket = bucket.next;

}

bucket.data[offset] = c;

length++;

return this;

}

public String toString() {

char[] data = new char[length];

Bucket bucket = bucketList;

int size;

for (int len = length; len > 0; len -= size) {

size = (len >= EXT_SIZE) ? EXT_SIZE : len;

for (int i = 0, j = /* d */); i < size; i++, j++) {

data[j] = bucket.data[i];

}

bucket = bucket.next;

}

return new String(data);

}

private Bucket getBucket(int index) {

int n = index / EXT_SIZE;

Bucket b = bucketList;

for (int i = 0; i < n; i++) {

b = b.next;

}

return b;

}

private static class Bucket {

private Bucket next;

private char[] data = new char[EXT_SIZE];

}

［プログラム４］

public class Test {
   static final int[] TIMES = {
      5000, 10000, 50000, 100000
   };

   public static void main(String[] args) {
      for (int n : TIMES) {
         measureTime(n, new ArrayAppendableCharSequence());
         measureTime(n, new ListAppendableCharSequence());
      }
   }


   static void measureTime(int n, /*  e  */) a) {
      long start = System.currentTimeMillis();
      for (int i = 0; i < n; i++) {
          a.append((char) (i % 26 + 'a'));
      }
      long end = System.currentTimeMillis();
      System.out.printf("%s: %d [times] %d [ms]%n",
                        a.getClass().getName(),
                        n, end - start);
   }
}

public class Test {

static final int[] TIMES = {

5000, 10000, 50000, 100000

};

public static void main(String[] args) {

for (int n : TIMES) {

measureTime(n, new ArrayAppendableCharSequence());

measureTime(n, new ListAppendableCharSequence());

}

static void measureTime(int n, /* e */) a) {

long start = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < n; i++) {

a.append((char) (i % 26 + 'a'));

}

long end = System.currentTimeMillis();

System.out.printf("%s: %d [times] %d [ms]%n",

a.getClass().getName(),

n, end - start);

}

設問１　プログラム中の /* */に入れる正しい答えを，解答群の中から選べ。

a に関する解答群

ア　data.length + length　　　　　　イ　data.length + temp.length

ウ　length　　　　　　エ　length + EXT_SIZE

オ　temp.length

b に関する解答群

ア　index　　　　　イ　index % EXT_SIZE

ウ　index / EXT_SIZE　　　　　エ　length

オ　length % EXT_SIZE　　　　　カ　length / EXT_SIZE

c に関する解答群

ア　length　　　　　イ　length + 1　　　　　ウ　length – 1

エ　offset　　　　　オ　offset + 1　　　　　カ　offset – 1

d に関する解答群

ア　len　　　　　イ　len % EXT_SIZE　　　　　ウ　len – length

エ　length　　　　　オ　length % EXT_SIZE　　　　　カ　length – len

e に関する解答群

ア　AppendableCharSequence

イ　ArrayAppendableCharSequence

ウ　ListAppendableCharSequence

エ　ListAppendableCharSequence.Bucket

オ　Object

カ　String

設問２　クラス Test を用いて各クラスのメソッド append の実行時間（ミリ秒）を測定したところ，表１の結果になった。

append

　文字の追加回数が多くなるにつれて ListAppendableCharSequence の方が遅くなるのは，連絡リストをたどる回数が増えるためであると推測される。そこで， ListAppendableCharSequence.append の性能を改善するために，次の修正を行った。/* */ に入れる正しい答えを，解答群の中から選べ。
　なお，ほかの変更はないものとする。

(1) 連絡リストの最後の要素を常に参照するためのフィールド last を追加する。

private Bucket last;

1	private Bucket last;

(2) コンストラクタでフィールド last を初期化する。

public ListAppendableCharSequence() {
   bucketList = new Bucket();
   last = /*  f  */; 
}

public ListAppendableCharSequence() {

bucketList = new Bucket();

last = /* f */;

}

(3) メソッド append でフィールド last を利用する。

public AppendableCharSequence append(char c) {
   int offset = length % EXT_SIZE;
   if (offset == 0 && length != 0) {
      last.next = new Bucket();
      last = /*  g  */
   }
   last.data[offset] = c;
   length++;
   return this;
}

public AppendableCharSequence append(char c) {

int offset = length % EXT_SIZE;

if (offset == 0 && length != 0) {

last.next = new Bucket();

last = /* g */

}

last.data[offset] = c;

length++;

return this;

}

解答群

ア　bucketList　　　　　イ　bucketList.next　　　　　ウ　last
エ　last.next　　　　　オ　new Bucket()　　　　　カ　null

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