2003 Spring C++ 程式作業四：
貪食蛇 C++ 及視窗介面版

作業內容概述

這個作業基本上是延續第一個作業, 原先的作業大家用程序化的 C 來設計, 並且用文字作為介面, 在這個作業裡希望大家將原來的貪食蛇程式改為物件化的設計, 原先程式中的貪食蛇, 迷宮, 食物, 計分版都只是資料的組合, 並沒有很清楚的物件邊界與介面, 在這個作業裡希望你能夠把這些物件刻劃出來。

為了讓你能夠進一步地體會物件的好處, 我也準備了一個簡單的圖形介面, 希望你能夠把你的物件結合到這個圖形介面上, 並且運用繼承的概念來整合整個系統。

這個作業的完成圖應該類似

這個程式希望大家能夠練習下列：

1. 物件的設計 (介面與封裝)

2. 介面類別的繼承

3. 整合已經設計好的 MFC UI 類別

4. 請注意記憶體的配置與釋放

5. 雖然沒有強迫你去應用多型, 但是在這個應用程式 裡有很多多型的範例, 希望你去找一下。

MFC UI 範例程式

1. 請下載 snakeMFC920527.rar, 解壓縮

2. 執行檔 snake.exe 為範例程式 (建議自己先編譯過, 有些系統上直接執行會有問題)

3. 請嘗試直接在 VC 6.0 中編譯 snake.dsw

4. 打開這個 project, 此程式裡包括:

   • 圖形介面 (User Interface) 類別: 都放在 MFC UI 這個 folder 中, 包括
     1. CSnakeApp
     2. CSnakeView
     3. CMainFrame
     4. CScoreBoardDlg
     5. CChangeSpeedDlg
     6. CAboutDlg
     7. 以及其它除錯用的類別 CWndMsgMap, CTraceFn, DBGINTERFACENAME

     在這個作業中不希望你去修改這些類別裡頭的實作, 所以基本上你應該不用擔心說看不懂這些類別各自完成了什麼功能, 你的類別裡的功能和這些類別裡的功能也應該沒有什麼關係, 不過為了謹慎起見, 你在逐步將你的程式加入這個 project 的時候, 應該要常常 compile, 執行, 並且檢查是否有記憶體的錯誤。

     注意: 這個說明檔案無可避免地相當長, 因為整個程式的架構都不是你很熟悉的東西, 必須要有適當的說明, 不過你下載的程式已經運用繼承的架構做成可以直接編譯執行的樣子了, 希望你製作的部份也已經限制在一個小框框裡, 不要太害怕不熟悉的東西, 你可以一步一步地修改現有的程式, 如此就不致於等到最後發現完全不知道該怎樣偵錯了。

   • 介面類別: 這兩個類別是抽象的基礎類別用來定義 CSnakeGame 類別和 MFC UI 類別 的程式介面

     在這個作業中希望你不要去修改這兩個類別的定義, 但是你必須看懂這兩個介面所定義的各種操作方法。

     1. IGraphicOut: 這個類別的物件提供了下列的介面函式以及型態定義
        1. virtual void setDisplaySize(int width, int height)=0;
           這個函式讓你能夠設定迷宮的大小 (單位是格), 例如在 CSnakeGame 的 ctor 函式中, 讓你畫一個如下圖 14 格 x 14 格的遊戲

           CSnakeGame::CSnakeGame(IGraphicOut * const pGO)
               : m_pGO(pGO),
                 m_xSize(14), m_ySize(14)
           {
               pGO->setDisplaySize(m_xSize, m_ySize);
           }
           

           你可以把原來程式裡的 CSnakeGame 類別拿掉 (在 Workspace/FileView 的 Source File 中選擇 SnakeGame.cpp 然後按 Delete 鍵由 project 中刪除, 以及 Header File 中刪除 SnakeGame.h) 然後用檔案總管刪除這兩個檔案, 新建立一個 CSnakeGame 類別, (注意如果你不是用 VC 介面幫你產生類別的話, 請你必須在 .cpp 的檔案前面加入 #include <stdafx> 的敘述, 以配合 project 中 precompile header 的設定) 繼承 IActionHandler, 在這個新的類別內暫時加入下列的成員函式 (override)

           virtual void changeSpeed(int speed) {}
           virtual void leftMove() {}
           virtual void rightMove() {}
           virtual void upMove() {}
           virtual void downMove() {}
           virtual void timeUp() {}
           virtual void exit() {}
           virtual void draw() {}
           

           以及前面的建構元函式, 應該就可以做最簡單的測試了。 注意程式還是可以執行的, 這是 interface reuse, old code call new code 的範例, 雖然沒有要求你去寫, 但是你可以從 MFC UI\CSnakeView 類別裡 看到很多這樣的應用。

        2. 如果你的迷宮內有障礙物的話, 下面這兩個函式
           virtual void drawHorzWall(int x1, int x2, int y)=0;
           virtual void drawVertWall(int x, int y1, int y2)=0;
           也讓你可以畫出這些障礙物, 例如在 CSnakeGame 的 draw() 函式中加入

           void CSnakeGame::draw()
           {
               ...
               m_pGO->drawHorzWall(3, 5, 2);
               m_pGO->drawVertWall(8, 0, 5);
               ...
           }
           

           上面的程式顯示如下圖:

        3. virtual void drawHead(int type, int x, int y)=0;

           這個函式可以在指定的格子內畫出蛇的頭, 如下圖:

           

           為了方便作出動畫的效果, 呼叫的時候可以在 type 的格子內指定蛇頭朝向的方位 (left: 0, top: 1, right: 2, down:3) 以及張口的蛇頭 (leftOpen: 10, topOpen: 11, rightOpen: 12, downOpen: 13) 依序如下圖所示:

           

           上面這些常數可以用 IActionHandler::left 或是 IActionHandler::leftOpen 等等 enum IActionHandler::Direction 型態的常數來指定。

        4. virtual void drawBody(int x, int y)=0;

           這個函式可以在指定的格子內畫出蛇的身體, 如下圖:

           

        5. enum FoodType {fruit=0, flower=1};
           virtual void drawFood(int type, int x, int y)=0;

           這個函式可以在指定的格子內畫出食物, 如下圖:

           

           食物有兩種, 可以用 IGraphicOut::fruit 或是 IGraphicOut::flower 兩個 enum IGraphicOut::FoodType 型態的常數來指定。

        6. virtual void drawScore(int score)=0;

           呼叫這個函式會在視窗中顯示目前的成績如下圖:

           

           成績的範圍為 0-2³¹-1 (受限於 int 參數)

        7. virtual void redraw()=0;

           在一個具有圖形使用者介面 (GUI) 的應用程式中, 光光呼叫上面這些輸出函式時, 在視窗內並不一定能立即看到結果, 所有這些函式的呼叫都需要放在由 IActionHandler 類別中繼承下來的 draw() 函式內, (請參考 CSnakeGame::draw() 函式的實作), 如此系統在需要重新繪製視窗內容時才能夠找到適當的程式碼來完成這個工作; 而這個 draw() 函式究竟在什麼時候會被呼叫到呢? (什麼時候會有 draw 訊息送過來呢?) 主要有兩個時機:

           1. 程式操作者導致視窗需要重新繪製時, 例如使用者將視窗縮小後再打開, 或是使用者用別的應用程式把這個視窗遮住後又把它移到桌面最上層時。

           2. 應用程式呼叫 IGraphicOut::redraw() 函式的時候

           當你的程式發現視窗的內容需要更新時, 應該要呼叫 redraw() 函式來強迫系統呼叫 draw() 函式 (請參考 CSnakeGame::timeUp() 函式之實作)。

        8. virtual void scoreBoard(char *scoreMessages)=0;

           呼叫這個函式會在一個獨立的視窗中顯示所有的成績資訊如下圖:

           

           成績的資訊由字元陣列 scoreMessages 傳遞進去。 通常可以在遊戲結束的時候呼叫這個函式, (請參考 CSnakeGame::exit() 函式之範例)。 你的應用程式如何得知遊戲結束了呢? 有兩種情況是代表遊戲結束了:

           1. 使用者按下標題列上的 x, 或是使用者用滑鼠右鍵點選結束, 或是使用者在系統選單中選擇結束, 或是使用者按下 ESC 按鍵

           2. 你的應用程式發現蛇已經死掉了, 並且呼叫 IGraphicOut::close() 函式的話

           系統不管在上面兩種狀況中哪一種都會自動呼叫 IActionHandler::exit() 來通知應用程式該結束了。

        9. virtual void close()=0;

           當應用程式發現蛇已經死掉了, 不打算讓使用者繼續玩下去的時候就呼叫這個函式來要求視窗關閉,

     2. IActionHandler

        這個類別和剛才的 IGraphicOut 類別一樣都是抽象的類別, IGraphicOut 這個類別最主要是定義一些圖形化的輸出界面來讓你的應用程式使用, 本來可以不需要定義這個類別的, 例如在骨架程式中其實所有的圖形化輸出界面都是由 CSnakeView 這個類別所提供的, 你可以打開這個類別來看一看, 應該可以發現這個類別所定義的函式不只 IGraphicOut 抽象類別定義的那些, 還有很多不太知道是什麼作用的成員函式, 看起來有一點頭昏眼花, 這也就是為什麼定義一個 IGraphicOut 抽象類別給大家使用的原因, 你需要的圖形化輸出界面都定義在這個 IGraphicOut 類別中, 你不需要去看 CSnakeView 類別內和圖形化輸出沒有關係的細節才對。

        IActionHandler 則是一個掌握圖形化輸入介面的抽象類別, 在程序化的程式製作裡, 輸入通常是由應用程式發出讀取的請求, 例如程式執行 scanf, cin >>, getline, getchar, ... 在圖形化介面的程式中輸入通常是由系統送給你訊息的, 例如在我們的應用程式裡如果使用者按下滑鼠上下左右按鍵時, 視窗系統會送給你的應用程式一個訊息, 這種訊息和我們描述物件運作時所說的物件送給物件的訊息是一致的, 所以視窗系統在送給你的應用程式物件訊息時, 會希望你的物件提供一個成員函式讓系統可以呼叫, 以滑鼠訊息來說就是 IActionHandler::leftMove(), IActionHandler::upMove(), IActionHandler::rightMove(), 及 IActionHandler::downMove() 四個函式, 只要視窗系統發現使用者產生適當的訊息, 視窗系統就會呼叫適當的函式。

        在我們這個貪食蛇的應用程式裡, 應用程式並不需要處理所有可能發生的訊息 (例如, 各種按鍵...), 因此我們定義了 IActionHandler 這個抽象的類別來把需要的訊息處理函式集中起來, 你自己的貪食蛇物件需要繼承這個抽象類別, 並且實作下列的這些函式來處理各種輸入狀況:

        1. virtual int getSpeed() { return 1; }

           請參考 CSnakeGame::getSpeed() 的實作, 這個函式應該要傳回一個 1 到 10 之間的整數代表目前遊戲的速度, 如此使用者在按下右鍵選單

           

           更改遊戲的速度時可以看到目前的速度, 也就是在下列對話盒中會顯示目前的遊戲速度。

           

        2. virtual void changeSpeed(int speed)=0;

           當使用者在上面的對話盒中更改了遊戲的速度以後, 這個函式會被呼叫到, 參數 speed 則是使用者在介面中所選到的遊戲速度, 請參考 CSnakeGame::changeSpeed() 的實作。

        3. virtual void leftMove()=0;
           virtual void rightMove()=0;
           virtual void upMove()=0;
           virtual void downMove()=0;

           每當使用者按下上下左右按鍵來操作貪食蛇的動作時, 相對應的函式就會被呼叫到, 通常有兩種處理方式, 第一種是像 CSnakeGame 中一樣, 只修改行進的方向, 等待 timeUp() 函式呼叫時才修改蛇的位置, 另一種則是直接修改蛇的位置。 請參考 CSnakeGame::xxxMove() 的實作。

        4. virtual void timeUp()=0;

           這是一個很重要的函式, 視窗系統每 5 ms (毫秒) 會呼叫一次這個函式, 所以你可以在這個函式中安排貪食蛇的移動, 當你希望遊戲的速度變慢時, 應用程式只要忽略掉一些 timeUp 訊息就可以做到。 請參考 CSnakeGame::timeUp() 的實作。

        5. virtual void exit()=0;

           這個函式是當視窗系統確定應用程式的視窗即將關閉時呼叫的, 這個訊息代表說程式將要結束了。 請參考 CSnakeGame::exit() 的實作。

        6. virtual void draw()=0;

           這個函式中應該要包含所有畫出整個畫面的圖形輸出程式碼, 請參考 CSnakeGame::draw() 的實作。

   • 以及一個簡單的範例 CSnakeGame 類別 (請注意, 這個類別只是範例而已, 它的功能很簡單, 只是示範一下如何使用圖形化的介面, 並不是告訴你說作業裡必須用一個單一的類別來包裝整個貪食蛇遊戲, 你的作業裡應該有好幾個不同的類別各自負責貪食蛇遊戲裡不同的功能), 請注意你的貪食蛇類別應該要繼承 IActionHandler 類別, 必須要有一個建構元接受 IGraphicOut * 型態的參數, 並且使用 IActionHandler(IGraphicOut *) 建構元初始化父類別。 (請參考 CSnakeGame 類別的實作)。

   • 打開 Globals folder, 裡面還有一個 maininit() 函式, 你應該要修改下面這列程式中 CSnakeGame 類別成為你自己的貪食蛇類別,
     CSnakeGame *snake = new CSnakeGame(pView);
     應用程式在執行完此列程式之後, 就存在一個 IActionHandler 的衍生類別物件, 此後視窗的訊息都會送到這個物件來處理。

基礎要求

1. 請不要用全域 (global) 的變數

2. 類別內請不要用 public 的資料成員

3. 請用 new/delete, new[]/delete[] 取代 free/malloc

4. 請盡量以 const reference 傳遞函式的參數

5. 請以 MFC debugger 的功能自行檢查是否有 memory leakage

進一步增加程式功能:

1. 多個食物

2. 食物可以是另一條蛇, 自行定義如何才能吃掉它

3. 其它你自己想到的功能

注意:

如果你實在沒有辦法完成有圖形化界面的程式的話, 你也可以先完成物件化的貪食蛇程式, 介面就仿照你原先 C 程式的介面吧!! 圖形化介面的程式就當成你的暑假作業囉!!

Matin Fowler 在 Refactoring 一書中提到

• 重複程式碼(Duplicated Code)
• 長方法（Long Method）
• 大類別(Large Class)
• 長參數列(Long Parameter List)
• 分歧的改變((Divergent Change)
• 霰彈式的外科手術(Shotgun Surgery)
• 特性的羨慕(Feature Envy)
• 資料叢集(Data Clumps)
• 原始型別的著迷(Primitive Obsession)
• 切換的陳述(Switch Statement)
• 平行繼承層級架構(Parallel Inheritance Hierarchies)
• 懶惰的類別(Lazy Class)
• 純理論的普遍性(Speculative Generality)
• 臨時欄位(Temporary Field)
• 訊息鏈(Message Chains)
• 中間人(Middle Man)
• 不當的親密關係(Inappropriate Intimacy)
• 有不同介面可選擇的類別(Alternative Classes with Different InterFace)
• 不完整的程式庫類別(Incomplete Library Class)
• 資料類別(Data Class)
• 拒絕遺產(Refused Bequest)
• 註解(Comments) 你的程式裡犯了哪些問題呢?

  

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  製作日期: 05/20/2003 by 丁培毅 (Pei-yih Ting)
  E-mail: pyting@cs.ntou.edu.tw TEL: 02 24622192x6615
  海洋大學 理工學院 資訊科學系