Week 3 & 4 - Bigger Challenge and A First Look at Object-Oriented Programming

课后疑难解答

Q：Card类怎么用？怎么把牌加入vector<card>？

A：这里给一个例子：

Card c1("A"), c2("2"), c3("3");  // 定义三个Card类的实例

// 大于号小于号怎么用？
if (c1 > c2) cout << "true" << endl;
else cout << "false" << endl;  // 这里会输出false
if (c3 < c2) cout << "true" << endl;  // 这里会输出true
else cout << "false" << endl;

// vector<Card> 怎么用？
vector<Card> cards;  // 初始化一个空的vector，类似数组，但初始长度是0
cards.push_back(c1);  // c1被加入cards的末尾，现在数组长度为1
cards.push_back(Card("JOKER");  // cards中又加入了一张大王，现在数组长度为2
cout << cards[0] << endl;  // 输出第一张牌，此时是A
cout << cards[1] << endl;  // 输出第一张牌，此时是JOKER
cout << cards[2] << endl;  // 报错！你下标越界了。因为cards里只有两张牌

sort(cards.begin(), cards.end(), greater<Card>());  // 将cards中的牌从大到小排序。如果你要排序的vector<Card>名为hand，就把cards改成hand

// 输出cards里面的所有牌，你可以这样写：
// 注：你总是可以用xx.size()得到vector的大小
for (int i = 0; i < cards.size(); ++i) 
    cout << cards[i] << " ";
// 也可以这样写：
// 注：如果你好奇这种写法，可以搜索“迭代器”的相关资料；如果你弄不明白，可以跳过
for (vector<Card>::iterator i = cards.begin(); i != cards.end(); ++i) 
    cout << *i << " ";

Q：我不懂继承和类，成员函数应该怎么调用？例如showHand()。

A：showHand()全称是DDZPlayer::showHand()，是DDZPlayer的成员函数。

  1. 如果你现在在实现一个DDZPlayer的其他成员函数，例如你在实现DDZPlayer::legal(...)，想要输出当前对象的手牌，你可以直接调用——直接写 
showHand();
  1. 如果你不在DDZPlayer的成员函数里，例如，你在调试run()函数，想在run()函数中输出看看某个玩家的手牌，你可以这样调用：
// run()函数中，players[0]、players[1]、players[2]分别是三个玩家的指针。
players[0]->showHand();  // 输出players[0]的手牌
  1. 如果你在实现DDZHumanPlayer的成员函数，你会发现，虽然没有实现过DDZHumanPlayer::showHand()，但是它还是可以被调用（参见DDZHumanPlayer::play()的实现）。这是由于DDZHumanPlayer继承自DDZPlayer，所以DDZPlayer的成员函数它可以直接用。不仅是showHand()函数，所有别的函数和变量都能直接用。
  2. 既然DDZPlayer的所有函数和变量都能直接用，为什么重写了一个DDZHumanPlayer::play()？因为我希望DDZHumanPlayer::play()完成的功能与DDZPlayer::play()不一样。

Q：我没有学过面向对象，不懂继承，重载，这次作业太难了我写不了！

A：不，你能写得了。需要你完成的部分不涉及面向对象的特性、继承、重载等等内容，你只需要用提供好的变量和函数拼装成要求你完成的部分就行了。你还需要阅读一下代码，尝试理解一点面向对象的工作机制。如果哪里读不懂，请直接咨询助教，我们会帮你解答。

Q：我能用自己的类实现吗？不用代码框架？

A：题目：我们提供了一辆汽车，缺一个轮子，大家看一下，体会一下这个汽车是怎么设计的，并自己把这个轮子装上，把车开起来。

同学1：老师，你这个汽车设计太过时了，是我小学的时候玩的，我能从头搞一辆坦克出来，不用你的破车了行不？

老师：可以，鼓励。

同学2：老师，你这个汽车的结构我看不懂，我有辆自行车也能跑起来，不用你的车行不？

老师：……不建议。

题目 3 - 面向对象重构

题目要求

上周的题目虽然没有困难的知识点，但是如果不能良好地组织代码，实现起来将会比较麻烦。

本周的题目旨在提供一个面向对象程序设计的第一印象，让大家体会面向对象程序设计中的类的设计和功能的划分。因此，这里提供一个代码框架，请大家基于这个代码框架，将上周的第二题以面向对象的方式完成。

通过合理的设计，程序的逻辑可以十分清晰。程序的main()函数作为顶层的流程，实现只需要三行：

int main() {
    DDZPlayer p1("Alice"), p2("Bob"), p3("Charlie");
    DDZGame g(&p1, &p2, &p3);
    g.run();
}

DDZGame类打包了游戏运行的玩家和状态信息，并具有控制游戏流程的功能。其成员变量和函数声明如下（一些辅助函数和变量没有列出）：

class DDZGame {
private:
    vector<DDZPlayer*> players;  // 保存三个玩家的指针
    
public:
    DDZGame(DDZPlayer *p1, DDZPlayer *p2, DDZPlayer *p3);  // 构造函数
    void run();  // 执行游戏流程
};

DDZGame::run()函数控制了游戏的整个流程。纵观游戏的流程，可以发现DDZPlayer类需要和DDZGame类有一些交互（下图红字标出），也就是DDZPlayer类需要实现的函数功能。

因此，我们依次可以设计出DDZPlayer类的成员变量和函数（一些辅助函数和变量没有列出）：

class DDZPlayer {
protected:
    string name;  // 玩家名
    int position;  // 你的位置编号，0为地主，1为地主下家，2为地主上家
    vector<Card> hand;  // 手牌

public:
    DDZPlayer(string name);  // 构造函数，初始化玩家名
    virtual void draw(Card card);  // 将cards中的牌加入手牌
    virtual void draw(vector<Card> cards);  // 将cards中的牌加入手牌
    virtual void setPosition(int pos);  // 初始化用，决定地主后设置
    virtual void observed(int pos, vector<Card> cards);  // 观测到玩家出牌
    virtual vector<Card> play();  // 轮到自己时决定出什么牌
    bool leftNoCard();  // 返回是否打完了牌？
};

此外，框架中还实现了一个Card类，继承自std::string。你可以把它当作string使用，但是Card类的成员变量可以使用>/<来比较牌面的大小。

class Card : public string {
public:
    Card(const char* str) :string(str) {}; 
    Card() :string() {};                   
    Card(string str) :string(str) {};

    static vector<Card> get_new_deck();

    // 重载操作符，使得牌面可以比较大小
    bool operator <(const Card &other) const;
    bool operator >(const Card &other) const;
};

实现要求

这道题目的目标有两个：

  1. 阅读代码，感受面向对象的设计和功能划分；
  2. 把上节课的程序修改，完成DDZPlayer::play()函数。如果正确完成，程序将执行模拟牌局的功能。

对于阅读代码，建议你按照下面的流程进行：

  1. 从main函数开始，读懂main函数。
  2. main函数中调用的DDZGame::run()是主要流程，读懂这个函数的大致流程
  3. 重读DDZGame::run()函数，当看到里面调用的DDZPlayer类的成员函数时，跳到相应的函数阅读。
  4. 在你开始填写play()函数之前，你应该已经大致弄懂了Card、DDZPlayer、DDZGame三个类。

在完成代码的过程中，请注意：

  1. 你可以写自己需要的辅助函数。
  2. 请不要改写已有的函数接口（参数和返回值）。如果你有100分的自信把类设计的比现在好，你可以从头写一个你的版本。
  3. 体会不同的数据和功能如何被集合到不同的类；同一个类中的数据具有强关联（高内聚）；不同类之间有较少的相互关系，不需要在一个类中过多深究其他类的细节（低耦合）。

题目 4 - 单机斗地主游戏

题目要求

借助面向对象程序设计的特性，前面的程序可以轻易地扩展出不同种类的玩家类，使游戏变得丰富。例如：

程序框架中DDZHumanPlayer已经基本实现好了，但是判断出牌合法性的DDZPlayer::legal(...)函数还没有完成。注意legal(...)函数虽然是DDZPlayer类的成员函数，当其正确实现后，继承自DDZPlayer类的DDZHumanPlayer也可以直接使用这个函数。当你正确完成这个函数后，将main2()函数中的内容写到主函数中，一个单机版的斗地主游戏就可以运行了。

int main() {
    string name;
    cout << "Please input your name:" << endl;
    getline(cin, name);

    DDZPlayer p1("Alice"), p2("Bob");
    DDZHumanPlayer p3(name);
    DDZGame g(&p1, &p2, &p3);
    g.run();
}

实现要求

这道题目实现的具体要求如下：

  1. 完成DDZPlayer::legal(cards)函数，判断出牌的正确性。
  2. 把main2函数的内容填到main函数中，程序就变成了单机斗地主（弱智版）。把程序调试正确。
  3. 体会DDZHumanPlayer对DDZPlayer的继承，弄明白哪些函数和变量由于继承，被重用而没有多写一遍
  4. 体会由于DDZHumanPlayer是DDZPlayer的派生类，所以可以直接传给DDZGame类作为玩家而不用写特殊判断；在DDZGame类调用play()函数时又实质上执行了不同的出牌策略（多态）。