所看教程(视频):《浙江大学-翁恺-Java-面向对象程序设计》
作为我自己的复习笔记,也可以当做该视频的同步笔记
上接JAVA/面向对象学习笔记(1)

城堡游戏(可扩展性)

整体思路:用Room先初始化5个房间,Room类中有房间名称、四个方向所连接的房间,currentRoom = outside;设置出生点
进入goRoom方法,匹配用户输入的方向,让nextroom指向下一个房间,然后让currentRoom = outside;并输出房间信息。
大致以此循环

Room.java
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package castle;

public class Room {
//房间名称
public String description;
//房间四个方向连接的房间
public Room northExit;
public Room southExit;
public Room eastExit;
public Room westExit;


public Room(String description)//初始化房间名
{
this.description = description;
}

public void setExits(Room north, Room east, Room south, Room west)//设置房间的四个方向的连接
{
if (north != null)
northExit = north;
if (east != null)
eastExit = east;
if (south != null)
southExit = south;
if (west != null)
westExit = west;
}

@Override
public String toString() {
return description;//输出房间名
}

}
Game.java
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package castle;

import java.util.*;

public class Game {
private Room currentRoom;//创建一个Room对象,用于保存当前房间

public Game()//构造函数
{
creatRooms();//创建房间
}

private void creatRooms()//创建一个房间
{
Room outside, lobby,pub,study,bedroom;//创建5种房间

// 制造5种房间
outside = new Room("城堡外");
lobby = new Room("大堂");
pub = new Room("小酒吧");
study = new Room("书房");
bedroom = new Room("卧室");

// 初始化房间的出口
outside.setExits(null,lobby,study,pub);
lobby.setExits(null,null,null,outside);
pub.setExits(null,outside,null,null);
study.setExits(outside,bedroom,null,null);
bedroom.setExits(null,null,null,study);


currentRoom = outside; //从城堡门外开始
}


private void printWelcome()//输出欢迎信息
{
System.out.println();
System.out.println("欢迎来到城堡!");
System.out.println("这是一个超级无聊的游戏。");
System.out.println("如果需要帮助,请输入'help'");
System.out.println();
System.out.println("现在你在:" + currentRoom);
System.out.println("出口有:");
//输出当前房间的出口
if(currentRoom.northExit !=null)
System.out.print("north ");
if(currentRoom.eastExit !=null)
System.out.print("east ");
if(currentRoom.southExit !=null)
System.out.print("south ");
if(currentRoom.westExit !=null)
System.out.print("west ");
System.out.println();
}

// 以下为用户命令

private void printHelp()//帮助菜单
{
System.out.println("迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help");
System.out.println("如:\tgo east");
}

private void goRoom(String direction)
{
Room nextRoom = null;//创建一个Room对象,用于保存下一个房间
// 在当前房间的出口中查找与用户输入的方向相同的房间
if(direction.equals("north")){
nextRoom = currentRoom.northExit;
}
if(direction.equals("east")){
nextRoom = currentRoom.eastExit;
}
if(direction.equals("south")){
nextRoom = currentRoom.southExit;
}
if(direction.equals("west")){
nextRoom = currentRoom.westExit;
}
// 如果找到了下一个房间,则进入下一个房间
if(nextRoom == null){
System.out.println("那里没有门!");
}
else{
currentRoom = nextRoom;//让当前房间等于下一个房间
// 输出当前房间的描述
System.out.println("你在"+ currentRoom);
System.out.println("出口有:");
if(currentRoom.northExit != null)
System.out.println("north");
if(currentRoom.eastExit != null)
System.out.println("east");
if(currentRoom.southExit != null)
System.out.println("south");
if(currentRoom.westExit != null)
System.out.println("west");
System.out.println();
}
}

public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
//通过new Scanner(System.in)创建一个Scanner,控制台会一直等待输入,直到敲回车键结束,把所输入的内容传给Scanner,作为扫描对象。
Game game = new Game();
game.printWelcome();//输出欢迎信息

while (true)//进入游戏主体,游戏结束时退出循环
{
String line = in.nextLine();//控制台输入一行
String[] words = line.split(" ");//以空格为分隔符,把用户输入的字符串分割成字符串数组
//判断是go还是help
if ( words[0].equals("help")){
game.printHelp();//输出帮助信息
}else if ( words[0].equals("go")){
game.goRoom(words[1]);//将用户输入的方向传给goRoom方法
}else if ( words[0].equals("bye")){
break;//如果用户数据为bye,则退出游戏
}
}
System.out.println("感谢您的光临。再见!");
in.close();//关闭Scanner
}
}
输出
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欢迎来到城堡!
这是一个超级无聊的游戏。
如果需要帮助,请输入'help'

你在城堡外
出口有:
east
south
west

go south
你在书房
出口有:
north
east

go east
你在卧室
出口有:
west

help
迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help
如: go east
bye
感谢您的光临。再见!

消除代码复制

在printWelcome和goRoom方法中都有一段相同的输出出口方向的代码
将这段代码提取出来,做成一个方法,在需要输出房间信息的地方调用即可

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public void showPrompt()
{
// 输出当前房间的描述
System.out.println("你在"+ currentRoom);
System.out.println("出口有:");
if(currentRoom.northExit != null)
System.out.println("north");
if(currentRoom.eastExit != null)
System.out.println("east");
if(currentRoom.southExit != null)
System.out.println("south");
if(currentRoom.westExit != null)
System.out.println("west");
System.out.println();
}

封装

这个程序没有bug,能正常运行,但不见得是一个好的代码
评价一个代码质量的好坏是多元的,尤其是这个代码是否能适应将来的需要

可扩展性:代码是否易于将来增加新的东西

我们想在这个游戏里给每个房间增加两个方向down和up
我们需要改的地方很多
Room.java里需要增加两个房间对象public Room downExit;和public Room upExit; setExits方法需要增加两个参数并进行判断
Game.java里很多方法也要增加if判断,还要改每个房间的初始化

总之,想增加一个方向,代码几乎每个地方都要改变

要想增加可扩展性,首先要降低类和类之间的耦合

用封装来降低耦合

Room类和Game类都有大量的代码和出口相关
尤其是Game类中大量使用了Room类的成员变量
类和类之间的关系称作耦合
耦合越低越好,保持距离是形成良好代码的关键

我们可以让Room自己告诉Game有哪些出口,出口连接的房间

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package castle;

public class Room {
//房间名称
private String description;
//public String description;
//房间四个方向连接的房间
private Room northExit;
private Room southExit;
private Room eastExit;
private Room westExit;
/*public Room northExit;
public Room southExit;
public Room eastExit;
public Room westExit;*/


public Room(String description)//初始化房间名
{
this.description = description;
}

public void setExits(Room north, Room east, Room south, Room west)//设置房间的四个方向的连接
{
if (north != null)
northExit = north;
if (east != null)
eastExit = east;
if (south != null)
southExit = south;
if (west != null)
westExit = west;
}

@Override
public String toString() {
return description;//输出房间名
}

public String getExitDesc() {
//返回一个字符串,来表达房间的出口
/*String returnString = "Exits:";
if (northExit != null)
returnString += "north ";
if (eastExit != null)
returnString += "east ";
if (southExit != null)
returnString += "south ";
if (westExit != null)
returnString += "west ";
return returnString;*/
//一般我们不使用String去做拼接,因为每次加都会产生一个新的String类型的对象,系统开销会很大,而是使用StringBuilder
StringBuilder builder = new StringBuilder("出口有:");
if (northExit != null)
builder.append("north ");
if (eastExit != null)
builder.append("east ");
if (southExit != null)
builder.append("south ");
if (westExit != null)
builder.append("west ");
return builder.toString();
}

public Room getExit(String direction) {
//返回指定方向的连接房间
if (direction.equals("north"))
return northExit;
if (direction.equals("east"))
return eastExit;
if (direction.equals("south"))
return southExit;
if (direction.equals("west"))
return westExit;
return null;
}
}

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package castle;

import java.util.*;

public class Game {
private Room currentRoom;//创建一个Room对象,用于保存当前房间

public Game()//构造函数
{
creatRooms();//创建房间
}

private void creatRooms()//创建一个房间
{
Room outside, lobby,pub,study,bedroom;//创建5种房间

// 制造5种房间
outside = new Room("城堡外");
lobby = new Room("大堂");
pub = new Room("小酒吧");
study = new Room("书房");
bedroom = new Room("卧室");

// 初始化房间的出口
outside.setExits(null,lobby,study,pub);
lobby.setExits(null,null,null,outside);
pub.setExits(null,outside,null,null);
study.setExits(outside,bedroom,null,null);
bedroom.setExits(null,null,null,study);


currentRoom = outside; //从城堡门外开始
}


private void printWelcome()//输出欢迎信息
{
System.out.println();
System.out.println("欢迎来到城堡!");
System.out.println("这是一个超级无聊的游戏。");
System.out.println("如果需要帮助,请输入'help'");
System.out.println();
showPrompt();
/*System.out.println("现在你在:" + currentRoom);
System.out.println("出口有:");
//输出当前房间的出口
if(currentRoom.northExit !=null)
System.out.print("north ");
if(currentRoom.eastExit !=null)
System.out.print("east ");
if(currentRoom.southExit !=null)
System.out.print("south ");
if(currentRoom.westExit !=null)
System.out.print("west ");
System.out.println();*/
}

// 以下为用户命令

private void printHelp()//帮助菜单
{
System.out.println("迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help");
System.out.println("如:\tgo east");
}

private void goRoom(String direction)
{
Room nextRoom = currentRoom.getExit(direction);//创建一个Room对象,用于保存下一个房间
// 在当前房间的出口中查找与用户输入的方向相同的房间
/*if(direction.equals("north")){
nextRoom = currentRoom.northExit;
}
if(direction.equals("east")){
nextRoom = currentRoom.eastExit;
}
if(direction.equals("south")){
nextRoom = currentRoom.southExit;
}
if(direction.equals("west")){
nextRoom = currentRoom.westExit;
}*/
// 如果找到了下一个房间,则进入下一个房间
if(nextRoom == null){
System.out.println("那里没有门!");
}
else{
currentRoom = nextRoom;//让当前房间等于下一个房间
// 输出当前房间的描述
showPrompt();
/*System.out.println("你在"+ currentRoom);
System.out.println("出口有:");
if(currentRoom.northExit != null)
System.out.println("north");
if(currentRoom.eastExit != null)
System.out.println("east");
if(currentRoom.southExit != null)
System.out.println("south");
if(currentRoom.westExit != null)
System.out.println("west");
System.out.println();*/
}
}

public void showPrompt()
{
// 输出当前房间的描述
System.out.println("你在"+ currentRoom);
//调用房间的getExitString()方法,输出当前房间的出口
System.out.println(currentRoom.getExitDesc());
/*System.out.println("出口有:");
if(currentRoom.northExit != null)
System.out.println("north");
if(currentRoom.eastExit != null)
System.out.println("east");
if(currentRoom.southExit != null)
System.out.println("south");
if(currentRoom.westExit != null)
System.out.println("west");
System.out.println();*/
}

public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
//通过new Scanner(System.in)创建一个Scanner,控制台会一直等待输入,直到敲回车键结束,把所输入的内容传给Scanner,作为扫描对象。
Game game = new Game();
game.printWelcome();//输出欢迎信息

while (true)//进入游戏主体,游戏结束时退出循环
{
String line = in.nextLine();//控制台输入一行
String[] words = line.split(" ");//以空格为分隔符,把用户输入的字符串分割成字符串数组
//判断是go还是help
if ( words[0].equals("help")){
game.printHelp();//输出帮助信息
}else if ( words[0].equals("go")){
game.goRoom(words[1]);//将用户输入的方向传给goRoom方法
}else if ( words[0].equals("bye")){
break;//如果用户数据为bye,则退出游戏
}
}
System.out.println("感谢您的光临。再见!");
in.close();//关闭Scanner
}
}

用接口来实现聚合

原本Room有什么出口,连接着什么房间,Game是能直接获取使用的
现在我们在Room中实现了两个接口getExitDesc和getExit,把方向的细节彻底隐藏在Room类内部
今后方向如何实现就和外部无关了

用容器来实现灵活性

在Room当中,有四个Room对象,用于保存这个房间连接着的四个房间(null,或者房间名)
这种一一对应的关系,可以使用HashMap去实现

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package castle;

import java.util.HashMap;

public class Room {
//描述
private String description;
//用HashMap来保存这个房间连接着的四个房间
private HashMap<String, Room> exits = new HashMap<String, Room>();
/*private Room northExit;
private Room southExit;
private Room eastExit;
private Room westExit;*/

public Room(String description)//初始化房间名
{
this.description = description;
}

public void setExits(String direction, Room room) {
exits.put(direction, room);//将出口方向和连接的房间放进容器中
}

/*public void setExits(Room north, Room east, Room south, Room west)//设置房间的四个方向的连接
{
if (north != null)
northExit = north;
if (east != null)
eastExit = east;
if (south != null)
southExit = south;
if (west != null)
westExit = west;
}*/

@Override
public String toString() {
return description;//输出房间名
}

public String getExitDesc() {
//返回一个字符串,来表达房间的出口
//一般我们不使用String去做拼接,因为每次加都会产生一个新的String类型的对象,系统开销会很大,而是使用StringBuilder
StringBuilder builder = new StringBuilder("出口有:");
for (String direction : exits.keySet()) {
builder.append(direction);
builder.append(" ");
}
/*if (northExit != null)
builder.append("north ");
if (eastExit != null)
builder.append("east ");
if (southExit != null)
builder.append("south ");
if (westExit != null)
builder.append("west ");*/
return builder.toString();
}

public Room getExit(String direction) {
//返回指定方向的连接房间
return exits.get(direction);//直接从HashMap中获取房间,如果没有容器会自动返回null
/*if (direction.equals("north"))
return northExit;
if (direction.equals("east"))
return eastExit;
if (direction.equals("south"))
return southExit;
if (direction.equals("west"))
return westExit;
return null;*/
}
}

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package castle;

import java.util.*;

public class Game {
private Room currentRoom;//创建一个Room对象,用于保存当前房间

public Game()//构造函数
{
creatRooms();//创建房间
}

private void creatRooms()//创建一个房间
{
Room outside, lobby,pub,study,bedroom;//创建5种房间

// 制造5种房间
outside = new Room("城堡外");
lobby = new Room("大堂");
pub = new Room("小酒吧");
study = new Room("书房");
bedroom = new Room("卧室");

// 初始化房间的出口
outside.setExits("east", lobby);
outside.setExits("south", study);
outside.setExits("west", pub);
lobby.setExits("west", outside);
pub.setExits("east", outside);
study.setExits("north", outside);
study.setExits("east", bedroom);
bedroom.setExits("west", study);
//现在当我们想增加出口方向,很简单
lobby.setExits("up", pub);
pub.setExits("down", lobby);

/*outside.setExits(null,lobby,study,pub);
lobby.setExits(null,null,null,outside);
pub.setExits(null,outside,null,null);
study.setExits(outside,bedroom,null,null);
bedroom.setExits(null,null,null,study);*/

currentRoom = outside; //从城堡门外开始
}


private void printWelcome()//输出欢迎信息
{
System.out.println();
System.out.println("欢迎来到城堡!");
System.out.println("这是一个超级无聊的游戏。");
System.out.println("如果需要帮助,请输入'help'");
System.out.println();
showPrompt();
}

// 以下为用户命令

private void printHelp()//帮助菜单
{
System.out.println("迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help");
System.out.println("如:\tgo east");
}

private void goRoom(String direction)
{
Room nextRoom = currentRoom.getExit(direction);//创建一个Room对象,用于保存下一个房间
// 如果找到了下一个房间,则进入下一个房间
if(nextRoom == null){
System.out.println("那里没有门!");
}
else{
currentRoom = nextRoom;//让当前房间等于下一个房间
// 输出当前房间的描述
showPrompt();
}
}

public void showPrompt()
{
// 输出当前房间的描述
System.out.println("你在"+ currentRoom);
//调用房间的getExitString()方法,输出当前房间的出口
System.out.println(currentRoom.getExitDesc());
}

public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
//通过new Scanner(System.in)创建一个Scanner,控制台会一直等待输入,直到敲回车键结束,把所输入的内容传给Scanner,作为扫描对象。
Game game = new Game();
game.printWelcome();//输出欢迎信息

while (true)//进入游戏主体,游戏结束时退出循环
{
String line = in.nextLine();//控制台输入一行
String[] words = line.split(" ");//以空格为分隔符,把用户输入的字符串分割成字符串数组
//判断是go还是help
if ( words[0].equals("help")){
game.printHelp();//输出帮助信息
}else if ( words[0].equals("go")){
game.goRoom(words[1]);//将用户输入的方向传给goRoom方法
}else if ( words[0].equals("bye")){
break;//如果用户数据为bye,则退出游戏
}
}
System.out.println("感谢您的光临。再见!");
in.close();//关闭Scanner
}
}

//现在当我们想增加出口方向,很简单
lobby.setExits(“up”, pub);
pub.setExits(“down”, lobby);

这里发生了什么?
将lobby的出口方向和对应房间传给它的setExits的方法后
lobby里面的容器就会多一对出口和房间的对应关系
lobby里面的getExitDesc、getExit方法以及未来可能加入的新方法,都遍历这个容器
所以,增加出口和连接的房间,只需要调用setExits方法,去往lobby里的容器写入东西即可

现在,对于增加出口来说,已经具有了可扩展性

以框架+数据来提高可扩展性

我们原来用硬编码去保存room的出口
现在我们用容器,HashMap和对应的方法(接口方法)组成了一个框架,数据就是放在HashMap里的东西
在这个框架中要增加出口很容易

启发:
命令的解析是否可以脱离if-else
定义一个Handler来处理命令
用Hash表来保存命令和Handler之间的关系

现在我们可以用相同的思路去解决用户命令(help,go,bye)的硬编码问题
一个字符串对应调用一个方法,这显然也是一一对应的关系
但容器只能放对象,一个方法不能放进容器中

如何把方法放进容器中

创建一个Handler类,然后把每个命令创建为Handler的子类
将命令字符串和Handler子类的对象一一对应放入HashMap中
将功能在Handler的子类的doCmd方法中实现
在game中通过父类对象管理者去管理子类对象(从HashMap中获取子类对象),管理者调用doCmd方法即可

Room.java
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package castle;

import java.util.HashMap;

public class Room {
//描述
private String description;
//用HashMap来保存这个房间连接着的四个房间
private HashMap<String, Room> exits = new HashMap<String, Room>();

public Room(String description)//初始化房间名
{
this.description = description;
}

public void setExits(String direction, Room room) {
exits.put(direction, room);//将出口方向和连接的房间放进容器中
}

@Override
public String toString() {
return description;//输出房间名
}

public String getExitDesc() {
//返回一个字符串,来表达房间的出口
//一般我们不使用String去做拼接,因为每次加都会产生一个新的String类型的对象,系统开销会很大,而是使用StringBuilder
StringBuilder builder = new StringBuilder("出口有:");
for (String direction : exits.keySet()) {
builder.append(direction);
builder.append(" ");
}
return builder.toString();
}

public Room getExit(String direction) {
//返回指定方向的连接房间
return exits.get(direction);//直接从HashMap中获取房间,如果没有容器会自动返回null
}
}
Game.java
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package castle;

import java.util.*;

public class Game {
private Room currentRoom;//创建一个Room对象,用于保存当前房间
//创建一个HashMap对象,用于保存所有的命令处理器
private HashMap<String, Handler> handlers = new HashMap<String, Handler>();

public Game()//构造函数
{
//将字符串和命令处理器对应
handlers.put("go",new HandlerGo(this));//把game对象作为参数传入HandlerGo类,让HandlerGo能管理game
handlers.put("help",new HandlerHelp(this));
handlers.put("bye",new HandlerBye(this));
creatRooms();//创建房间
}

private void creatRooms()//创建一个房间
{
Room outside, lobby,pub,study,bedroom;//创建5种房间

// 制造5种房间
outside = new Room("城堡外");
lobby = new Room("大堂");
pub = new Room("小酒吧");
study = new Room("书房");
bedroom = new Room("卧室");

// 初始化房间的出口
outside.setExits("east", lobby);
outside.setExits("south", study);
outside.setExits("west", pub);
lobby.setExits("west", outside);
pub.setExits("east", outside);
study.setExits("north", outside);
study.setExits("east", bedroom);
bedroom.setExits("west", study);
//现在当我们想增加出口方向,很简单
lobby.setExits("up", pub);
pub.setExits("down", lobby);

currentRoom = outside; //从城堡门外开始
}


private void printWelcome()//输出欢迎信息
{
System.out.println();
System.out.println("欢迎来到城堡!");
System.out.println("这是一个超级无聊的游戏。");
System.out.println("如果需要帮助,请输入'help'");
System.out.println();
showPrompt();
}

// 以下为用户命令

/*private void printHelp()//帮助菜单
{
System.out.println("迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help");
System.out.println("如:\tgo east");
}*/

public void goRoom(String direction)
{
Room nextRoom = currentRoom.getExit(direction);//创建一个Room对象,用于保存下一个房间
// 如果找到了下一个房间,则进入下一个房间
if(nextRoom == null){
System.out.println("那里没有门!");
}
else{
currentRoom = nextRoom;//让当前房间等于下一个房间
// 输出当前房间的描述
showPrompt();
}
}

public void showPrompt()
{
// 输出当前房间的描述
System.out.println("你在"+ currentRoom);
//调用房间的getExitString()方法,输出当前房间的出口
System.out.println(currentRoom.getExitDesc());
}

public void play(){//游戏开始
Scanner in = new Scanner(System.in);
while (true)//进入游戏主体,游戏结束时退出循环
{
String line = in.nextLine();//控制台输入一行
String[] words = line.split(" ");//以空格为分隔符,把用户输入的字符串分割成字符串数组
Handler handler = handlers.get(words[0]);//获取用户输入的命令,从HashMap中获取对应的子类对象,让handler管理这个对象
String value = "";//保存命令的字符串
if(words.length > 1)//判断是不是bye命令
{
value = words[1];//获取参数
}
if(handler != null){//如果命令存在
handler.doCmd(value);//调用命令处理器
if ( handler.isBye() ) {//如果命令处理器返回true,则退出游戏
System.out.println("感谢您的光临。再见!");
break;
}
}
}
in.close();//关闭Scanner
}

public static void main(String[] args) {
/*Scanner in = new Scanner(System.in);*/
//通过new Scanner(System.in)创建一个Scanner,控制台会一直等待输入,直到敲回车键结束,把所输入的内容传给Scanner,作为扫描对象。
Game game = new Game();
game.printWelcome();//输出欢迎信息
game.play();
/*while (true)//进入游戏主体,游戏结束时退出循环
{
String line = in.nextLine();//控制台输入一行
String[] words = line.split(" ");//以空格为分隔符,把用户输入的字符串分割成字符串数组
//判断是go还是help
if ( words[0].equals("help")){
game.printHelp();//输出帮助信息
}else if ( words[0].equals("go")){
game.goRoom(words[1]);//将用户输入的方向传给goRoom方法
}else if ( words[0].equals("bye")){
break;//如果用户数据为bye,则退出游戏
}
}*/
//System.out.println("感谢您的光临。再见!");
//in.close();//关闭Scanner
}
}
Handler.java
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package castle;

public class Handler {
protected Game game;//创建一个Game对象的管理者,为了方便设为protected
public Handler(Game game) {
this.game = game;//两个game管理者管理同一个Game对象
}

public void doCmd(String word) {}//一个接口,用于运行命令
public boolean isBye() { return false; }
}
HandlerBye.java
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package castle;

public class HandlerBye extends Handler {
//必要的构造器
public HandlerBye(Game game) {
super(game);
}
@Override
public boolean isBye() {
return true;
}
}
HandlerHelp.java
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package castle;

public class HandlerHelp extends Handler {
//必要的构造器
public HandlerHelp(Game game) {
super(game);
}
@Override
public void doCmd(String word) {
System.out.println("迷路了吗?你可以做的命令有:go bye help");
System.out.println("如:\tgo east");
}
}
HandlerGo.java
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package castle;

public class HandlerGo extends Handler {
public HandlerGo(Game game) {
super(game);//现在HandlerGo能管理game对象了
}
//help和bye都与game无关,但go需要调用goRoom方法,所以需要拿到game对象的管理者
public void doCmd(String word) {
game.goRoom(word);//调用game的goRoom方法
}

}

HandlerGo在未来有更好的方法去实现,现在还是用管理者吧

如果要加入新的命令,也非常简单
创建一个新的Handler子类,在里面实现命令的功能
在Game的构造器中将命令字符串和Handler的子类对象放进去

现在这个城堡游戏已经有极高的可扩展性了

这个城堡游戏例子非常全面,偶尔回来看看这个例子,是个不错的选择


抽象abstract

关键字:abstract

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public abstract class Shape {//抽象类
public abstract void draw(Graphics g);//抽象方法不带{},即不带方法体
}

抽象方法:表达概念,但无法实现具体功能(代码)的方法
抽象类:表达概念而无法构造出实体(对象)的类

有抽象方法的类一定是抽象类
抽象类不能制造对象,但是可以定义类变量(任何继承了抽象类的非抽象类的对象可以使用赋给这个类变量,即任何抽象类的子类的对象都可以由这个类变量来管理)
抽象类除了不能实例化对象之外,类的其它功能依然存在,成员变量、成员方法和构造方法的访问方式和普通类一样。

继承自抽象类的子类必须覆盖父类中的抽象方法,否则自己成为抽象类(即子类必须实现抽象父类的抽象方法)

两种抽象

与具体相对
·表示一种概念而非实体
与细节相对
·表示在一定程度上忽略细节而着眼大局


细胞自动机

死亡:如果活着的邻居的数量小于2或大于3,则死亡
新生:如果正好有3个邻居活着,则新生其他情况则保持原状

Cell.java
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package cell;

import java.awt.Graphics;

public class Cell {
private boolean alive = false;//默认为死亡状态

public void die() { alive = false; }//让细胞死亡
public void reborn() { alive = true; }//让细胞重生
public boolean isAlive() { return alive; }//返回细胞状态,判断细胞是否存活
//绘制细胞
public void draw(Graphics g, int x, int y, int size) {
g.drawRect(x, y, size, size);//画个空心矩形
if ( alive ) {//如果细胞存活
g.fillRect(x, y, size, size);//画个实心矩形
}
}
}

CellMachine.java
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package cellmachine;

import javax.swing.JFrame;

import cell.Cell;
import field.Field;
import field.View;

public class CellMachine {

public static void main(String[] args) {
//数据准备阶段,画出一个细胞网格
Field field = new Field(30,30);//一个30*30的网格
//遍历网格,每个网格都有一个细胞
for ( int row = 0; row<field.getHeight(); row++ ) {//遍历每一行
for ( int col = 0; col<field.getWidth(); col++ ) {//遍历每一列
field.place(row, col, new Cell());//每个细胞都有一个状态,初始状态为死亡
}
}

//遍历每个细胞,设置初始细胞的生存状态
for ( int row = 0; row<field.getHeight(); row++ ) {//遍历每一行
for ( int col = 0; col<field.getWidth(); col++ ) {//遍历每一列
Cell cell = field.get(row, col);//获取(row,col)位置上的细胞
//利用随机数让整个网格的五分之一的细胞生存
if ( Math.random() < 0.2 ) { //Math.random()返回0~1之间的随机数
cell.reborn();//reborn()方法设置细胞的生存状态为true
}
}
}

//在窗口中显示细胞网格
View view = new View(field);//将网格传入View类中
JFrame frame = new JFrame();//创建一个JFrame对象,是java当中的窗口,用来显示细胞网格
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗口关闭时的操作
frame.setResizable(false);//设置窗口不可改变大小
frame.setTitle("Cells");//设置窗口的标题
frame.add(view);//将网格添加到窗口中
frame.pack();//设置窗口的大小
frame.setVisible(true);//设置窗口可见,即显示出来

//模拟细胞网格的运行
//遍历整个网格,取出每个细胞
for ( int i=0; i<1000; i++ ) {//进行1000次模拟
for ( int row = 0; row<field.getHeight(); row++ ) {//遍历每一行
for ( int col = 0; col<field.getWidth(); col++ ) {//遍历每一列
Cell cell = field.get(row, col);//获取(row,col)位置上的细胞
Cell[] neighbour = field.getNeighbour(row, col);//获取(row,col)位置上的细胞的邻居
int numOfLive = 0;//计数器,记录邻居中活细胞的个数
//遍历邻居,计算邻居中有多少个细胞是活的
for ( Cell c : neighbour ) {
if ( c.isAlive() ) {//如果邻居中有一个细胞是活的
numOfLive++;//让计数器加一
}
}
//控制台输出当前细胞的状态
System.out.print("["+row+"]["+col+"]:");//打印细胞的位置
System.out.print(cell.isAlive()?"live":"dead");//打印细胞的状态
System.out.print(":"+numOfLive+"-->");//打印细胞的邻居中有多少个细胞是活的
//写入下一次的细胞状态
if ( cell.isAlive() ) {//如果当前细胞是活的
if ( numOfLive <2 || numOfLive >3 ) {//判断是否满足让细胞死的条件条件
cell.die();//让细胞死
System.out.print("die");
}
} else if ( numOfLive == 3 ) {//如果当前细胞是死的,判断是否满足让细胞活的条件条件
cell.reborn();//让细胞活
System.out.print("reborn");
}
System.out.println();
}
}
System.out.println("UPDATE");
frame.repaint();//整个Field都更新好后,画出棋盘
//延时
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}


Field.java
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package field;

import java.util.ArrayList;

import cell.Cell;

public class Field {
private int width;
private int height;
private Cell[][] field;//一个二维数组field,存放每个格子(细胞)
//构造器,初始化棋盘
public Field(int width, int height) {
this.width = width;
this.height = height;
field = new Cell[height][width];
}
public int getWidth() { return width; }
public int getHeight() { return height; }
//添加细胞
public Cell place(int row, int col, Cell o) {
Cell ret = field[row][col];
field[row][col] = o;
return ret;
}
//获取某个格子
public Cell get(int row, int col) {
return field[row][col];
}
//获取周围细胞
public Cell[] getNeighbour(int row, int col) {
ArrayList<Cell> list = new ArrayList<Cell>();
for ( int i=-1; i<2; i++ ) {
for ( int j=-1; j<2; j++ ) {
int r = row+i;
int c = col+j;
if ( r >-1 && r<height && c>-1 && c<width && !(r== row && c == col) ) {
list.add(field[r][c]);
}
}
}
//toArray会自动把一个Cell[]数组装好,让返回这个数组
return list.toArray(new Cell[list.size()]);
}
//清空所有格子
public void clear() {
for ( int i=0; i<height; i++ ) {
for ( int j=0; j<width; j++ ) {
field[i][j] = null;
}
}
}
}


View.java
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package field;

import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;

import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;

import cell.Cell;

public class View extends JPanel {
private static final long serialVersionUID = -5258995676212660595L;
private static final int GRID_SIZE = 16;
private Field theField;

//构造器
public View(Field field) {
theField = field;
}

//每次当窗口被重绘时调用,被调用时会得到一个Graphics对象,即当前要画的对象
@Override
public void paint(Graphics g) {
super.paint(g);//调用父类的paint方法
//绘制网格
for ( int row = 0; row<theField.getHeight(); row++ ) {//行
for ( int col = 0; col<theField.getWidth(); col++ ) {//列
Cell cell = theField.get(row, col);//得到每个格子的对象
if ( cell != null ) {//如果该格子有对象
cell.draw(g, col*GRID_SIZE, row*GRID_SIZE, GRID_SIZE);//绘制该格子
}
}
}
}

@Override
public Dimension getPreferredSize() {
return new Dimension(theField.getWidth()*GRID_SIZE+1, theField.getHeight()*GRID_SIZE+1);
}

public static void main(String[] args) {
Field field = new Field(10,10);
for ( int row = 0; row<field.getHeight(); row++ ) {
for ( int col = 0; col<field.getWidth(); col++ ) {
field.place(row, col, new Cell());
}
}
View view = new View(field);
JFrame frame = new JFrame();
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setResizable(false);
frame.setTitle("Cells");
frame.add(view);
frame.pack();
frame.setVisible(true);
}

}

Cell、Field、View的关系

Field只需要管好数据以及提供数据
View只管拿到数据之后按数据把整个网格都重新画一遍
而Cell只管自己应该画空心还是实心,Field要就提供给它

不去精心设计哪个局部需要更新,需要更新就整个重画
这样简化了程序逻辑,是在计算机运算速度提高的基础上实现的

数据与表现分离

程序的业务逻辑与表现无关
-表现可以是图形的也可以是文本的
-表现可以是当地的也可以是远程的

需要不同表现,那就用不同表现的代码去取数据,然后表现出来

责任驱动的设计

将程序要实现的功能分配到合适的类/对象中去是设计中非常重要的一环

将功能拆分成很多个部分,每个部分只做自己擅长做的、简单的事

网格化

图形界面本身有更高的解析度,但是将画面网格化以后,数据就更容易处理了

无需关心x、y轴坐标,只需知道要操作的对象在第几行第几列


狐狸和兔子

细胞自动机是细胞在一个网格上,每个细胞都有两种状态

现在要模拟一个有狐狸和兔子的农场:
·狐狸和兔子都有年龄,且有规律增加
·当年龄到了一定的上限就会自然死亡
·狐狸可以随机决定在周围的兔子中吃一个,吃了后年龄上限会提高
·狐狸和兔子可以随机决定生一个小的,放在旁边的空的格子里
·如果不吃也不生,狐狸和兔子可以随机决定向旁边空的格子移一步

这比只有细胞,细胞只有两种状态要复杂得多

源码

这个没注释,原理和细胞自动机差不多

Cell.java
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package cell;

import java.awt.Graphics;

public interface Cell {
void draw(Graphics g, int x, int y, int size);
}

Animal.java
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package animal;

import java.util.ArrayList;
import field.Location;

public abstract class Animal {

private int ageLimit;
private int breedableAge;
private int age;
private boolean isAlive = true;

public Animal(int ageLimit, int breedableAge) {
this.ageLimit = ageLimit;
this.breedableAge = breedableAge;
}

protected int getAge() {
return age;
}

protected double getAgePercent() {
return (double) age / ageLimit;
}

public abstract Animal breed();

public void grow() {
age++;
if (age >= ageLimit) {
die();
}
}

public void die() {
isAlive = false;
}

public boolean isAlive() {
return isAlive;
}

public boolean isBreedable() {
return age >= breedableAge;
}

public Location move(Location[] freeAdj) {
Location ret = null;
if (freeAdj.length > 0 && Math.random() < 0.02) {
ret = freeAdj[(int) (Math.random() * freeAdj.length)];
}
return ret;
}

@Override
public String toString() {
return "" + age + ":" + (isAlive ? "live" : "dead");
}

public Animal feed(ArrayList<Animal> neighbour) {
return null;
}

protected void longerLife(int inc) {
ageLimit += inc;
}
}

Fox.java
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package animal;

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.util.ArrayList;

import cell.Cell;

public class Fox extends Animal implements Cell {

public Fox() {
super(20, 4);
}

@Override
public void draw(Graphics g, int x, int y, int size) {
int alpha = (int) ((1 - getAgePercent()) * 255);
g.setColor(new Color(0, 0, 0, alpha));// (int)((20-getAge())/20.0*255)));
g.fillRect(x, y, size, size);
}

@Override
public Animal breed() {
Animal ret = null;
if (isBreedable() && Math.random() < 0.05) {
ret = new Fox();
}
return ret;
}

@Override
public String toString() {
return "Fox:" + super.toString();
}

@Override
public Animal feed(ArrayList<Animal> neighbour) {
Animal ret = null;
if (Math.random() < 0.2) {
ret = neighbour.get((int) (Math.random() * neighbour.size()));
longerLife(2);
}
return ret;
}
}

Rabbit.java
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package animal;

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import cell.Cell;

public class Rabbit extends Animal implements Cell {

public Rabbit() {
super(10, 2);
}

@Override
public void draw(Graphics g, int x, int y, int size) {
int alpha = (int) ((1 - getAgePercent()) * 255);
g.setColor(new Color(255, 0, 0, alpha));
g.fillRect(x, y, size, size);
}

@Override
public Animal breed() {
Animal ret = null;
if (isBreedable() && Math.random() < 0.12) {
ret = new Rabbit();
}
return ret;
}

@Override
public String toString() {
return "Rabbit:" + super.toString();
}
}
Field.java
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package field;

import java.util.ArrayList;
import cell.Cell;

public class Field {

private static final Location[] adjacent = {
new Location(-1, -1), new Location(-1, 0), new Location(-1, 1),
new Location(0, -1), new Location(0, 0), new Location(0, 1),
new Location(1, -1), new Location(1, 0), new Location(1, 1)
};

private int width;
private int height;
private Cell[][] field;

public Field(int width, int height) {
this.width = width;
this.height = height;
field = new Cell[height][width];
}

public int getWidth() {
return width;
}
public int getHeight() {
return height;
}
public Cell place(int row, int col, Cell o) {
Cell ret = field[row][col];
field[row][col] = o;
return ret;
}

public Cell get(int row, int col) {
return field[row][col];
}

public Cell[] getNeighbour(int row, int col) {
ArrayList<Cell> list = new ArrayList<Cell>();
for (int i = -1; i < 2; i++) {
for (int j = -1; j < 2; j++) {
int r = row + i;
int c = col + j;
if (r > -1 && r < height && c > -1 && c < width && !(r == row && c == col)) {
list.add(field[r][c]);
}
}
}
return list.toArray(new Cell[list.size()]);
}

public Location[] getFreeNeighbour(int row, int col) {
ArrayList<Location> list = new ArrayList<Location>();
for (Location loc : adjacent) {
int r = row + loc.getRow();
int c = col + loc.getCol();
if (r > -1 && r < height && c > -1 && c < width && field[r][c] == null) {
list.add(new Location(r, c));
}
}
return list.toArray(new Location[list.size()]);
}

public boolean placeRandomAdj(int row, int col, Cell cell) {
boolean ret = false;
Location[] freeAdj = getFreeNeighbour(row, col);
if (freeAdj.length > 0) {
int idx = (int) (Math.random() * freeAdj.length);
field[freeAdj[idx].getRow()][freeAdj[idx].getCol()] = cell;
ret = true;
}
return ret;
}

public Cell remove(int row, int col) {
Cell ret = field[row][col];
field[row][col] = null;
return ret;
}

public void remove(Cell cell) {
for (int row = 0; row < height; row++) {
for (int col = 0; col < width; col++) {
if (field[row][col] == cell) {
field[row][col] = null;
break;
}
}
}
}

public void clear() {
for (int i = 0; i < height; i++) {
for (int j = 0; j < width; j++) {
field[i][j] = null;
}
}
}

public void move(int row, int col, Location loc) {
field[loc.getRow()][loc.getCol()] = field[row][col];
remove(row, col);
}
}
Location.java
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package field;

public class Location {

private int row;
private int col;

public Location(int row, int col) {
this.row = row;
this.col = col;
}

public int getRow() {
return row;
}

public int getCol() {
return col;
}
}
View.java
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package field;

import java.awt.Color;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;
import javax.swing.JPanel;
import cell.Cell;

public class View extends JPanel {
private static final long serialVersionUID = -2417015700213488315L;
private static final int GRID_SIZE = 16;
private Field theField;
public View(Field field) {
theField = field;
}

@Override
public void paint(Graphics g) {
super.paint(g);
g.setColor(Color.GRAY);
for (int row = 0; row < theField.getHeight(); row++) {
g.drawLine(0, row * GRID_SIZE, theField.getWidth() * GRID_SIZE, row * GRID_SIZE);
}
for (int col = 0; col < theField.getWidth(); col++) {
g.drawLine(col * GRID_SIZE, 0, col * GRID_SIZE, theField.getHeight() * GRID_SIZE);
}
for (int row = 0; row < theField.getHeight(); row++) {
for (int col = 0; col < theField.getWidth(); col++) {
Cell cell = theField.get(row, col);
if (cell != null) {
cell.draw(g, col * GRID_SIZE, row * GRID_SIZE, GRID_SIZE);
}
}
}
}

@Override
public Dimension getPreferredSize() {
return new Dimension(theField.getWidth() * GRID_SIZE + 1, theField.getHeight() * GRID_SIZE + 1);
}
}
FoxAndRabbit.java
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package foxnrabbit;

import java.util.ArrayList;
import javax.swing.JFrame;
import animal.Animal;
import animal.Fox;
import animal.Rabbit;
import cell.Cell;
import field.Field;
import field.Location;
import field.View;

public class FoxAndRabbit {

private Field theField;
private View theView;

public FoxAndRabbit(int size) {
theField = new Field(size, size);
for (int row = 0; row < theField.getHeight(); row++) {
for (int col = 0; col < theField.getWidth(); col++) {
double probability = Math.random();
if (probability < 0.05) {
theField.place(row, col, new Fox());
} else if (probability < 0.15) {
theField.place(row, col, new Rabbit());
}
}
}

theView = new View(theField);
JFrame frame = new JFrame();
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setResizable(false);
frame.setTitle("Cells");
frame.add(theView);
frame.pack();
frame.setVisible(true);
}

public void start(int steps) {
for (int i = 0; i < steps; i++) {
step();
theView.repaint();
try {
Thread.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

public void step() {
for (int row = 0; row < theField.getHeight(); row++) {
for (int col = 0; col < theField.getWidth(); col++) {
Cell cell = theField.get(row, col);
if (cell != null) {
Animal animal = (Animal) cell;
animal.grow();
if (animal.isAlive()) {
Location loc = animal.move(theField.getFreeNeighbour(row, col));
if (loc != null) {
theField.move(row, col, loc);
}
// eat
// animal.eat(theField);
Cell[] neighbour = theField.getNeighbour(row, col);
ArrayList<Animal> listRabbit = new ArrayList<Animal>();
for (Cell an : neighbour) {
if (an instanceof Rabbit) {
listRabbit.add((Rabbit) an);
}
}
if (!listRabbit.isEmpty()) {
Animal fed = animal.feed(listRabbit);
if (fed != null) {
theField.remove((Cell) fed);
}
}
// breed
Animal baby = animal.breed();
if (baby != null) {
theField.placeRandomAdj(row, col, (Cell) baby);
}
} else {
theField.remove(row, col);
}
}
}
}
}

public static void main(String[] args) {
FoxAndRabbit fab = new FoxAndRabbit(50);
fab.start(500);
}
}

项目结构及分析

在英文中Cell有两种意思,格子、细胞
在刚刚到细胞自动机中,Cell类表达细胞,或者没有细胞的空格子,这很合理

狐狸和兔子类有很多相似的属性和动作,所以它们应该有一个父类
但这个父类不应该是Cell,Cell在这个程序中应该表达有东西或没东西的格子才合理
所以这个父类应该是Animal

现在类之间关系是这样的:

在细胞自动机中我们通过place(r,c,cell)将Cell放进网格中
但现在Fox、Rabbit和Cell没有联系,无法将它们放进网格中
如果按照之前的思路,Fox、Rabbit应该也是Cell的子类,但多继承是不被允许的(除了C++)

如果让Animal从Cell继承,这在语意上是模糊的,动物不应该是一种格子(虽然这样做能实现)

接口

接口是纯抽象类
·所有的成员函数都是抽象函数
·所有的成员变量都是public static final

类表达一个具体的东西,而接口表达一种概念、一种规范
接口规定了长什么样,但是不管里面有什么

我们可以将Cell类改造成接口:

Cell
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import java.awt.Graphics;
public interface Cell {
void draw(Graphics g, int x, int y, int size);
}

Cell现在的作用:所有实现了Cell这个接口的类,都应该有draw这个方法
在这个程序中,只要实现了这个方法的类的对象,都可以直接放到Field中

为什么Cell接口只要求实现draw方法?
因为将来View只需要拿Cell去draw,所以只需要要求放到Field里的类的对象实现draw方法

现在类之间关系是这样的:

现在Fox、Rabbit的对象都可以放进Field里(Field需要一个Cell,而Fox、Rabbit都实现了Cell)

implements

用关键字implements让类实现接口

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public class Fox extends Animal implements Cell{
//Fox是一种Animal,它实现了Cell
}

在Field的place方法中,place需要一个Cell类的对象
Cell本身是一个接口,它本身是抽象的,不可能有对象
所有实现了Cell接口的对象都可以交给Cell对象的管理者
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public Cell place(int row, int col, Cell o) {
Cell ret = field[row][col];
field[row][col] = o;
return ret;
}

当Fox实现Cell后,就必须重写Cell中的方法
把draw方法实际地做出来
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@Override
public void draw(Graphics g, int x, int y, int size) {
int alpha = (int) ((1 - getAgePercent()) * 255);
g.setColor(new Color(0, 0, 0, alpha));
g.fillRect(x, y, size, size);
}

类用extends,接口用implements
类可以实现很多接口
接口可以继承接口,但不能继承类
接口不能实现接口

interface

声明一个接口

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public interface Cell{//接口
}
public class Cell{//类
}

interface是一种特殊的class,它替代掉了class

面向接口的编程方式

在上面的程序中,Field需要一个能draw的类的对象,然后Field提供了一个Cell接口,所有实现了这个接口的东西都可以交给Field,而它不关心这个东西是什么,只需要符合接口即可

设计程序时先定义接口,再实现类
任何需要在函数间传入传出的一定是接口而不是具体的类
是Java成功的关键之一,因为极适合多人同时写一个大程序:每个人只需要用接口去提出要求,其他人根据借口实现具体的类
也是Java被批评的要点之一,因为代码量膨胀起来很快,显得程序十分臃肿

增加一个按钮

在狐狸与兔子程序的图形界面中增加一个按钮,按一下执行一步

在FoxAndRabbit.java中,这么一段代码生成了一个窗口

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theView = new View(theField);
JFrame frame = new JFrame();
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setResizable(false);
frame.setTitle("Cells");
frame.add(theView);
frame.pack();
frame.setVisible(true);

首先要在窗口中增加一个按钮
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theView = new View(theField);
JFrame frame = new JFrame();
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setResizable(false);
frame.setTitle("Cells");
frame.add(theView);
//有一个类叫JButton,做一个叫btnstep的对象
JButton btnstep =new JButton("单步");
//把这个按钮加到窗口中
frame.add(btnstep);
frame.pack();
frame.setVisible(true);

运行一下

整个窗口只剩下了我们加进去的这个按钮,解决这个问题我们需要了解Swing


下接JAVA/面向对象学习笔记(3)