第9章模塊化開(kāi)發(fā)

1、第9章 模塊化開(kāi)發(fā)自頂向下的分解模塊劃分庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)庫(kù)的應(yīng)用猜硬幣的游戲 功能：提供游戲指南；計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生正反面，讓用戶(hù)猜，報(bào)告對(duì)錯(cuò)結(jié)果。重復(fù)此過(guò)程，直到用戶(hù)不想玩了為止。 頂層分解 程序要做兩件事：顯示程序指南；模擬玩游戲的過(guò)程。 main( ) 顯示游戲介紹； 玩游戲；主程序的兩個(gè)步驟是相互獨(dú)立的兩個(gè)，沒(méi)有什么聯(lián)系，因此可設(shè)計(jì)成兩個(gè)函數(shù)：void prn_instruction()void play(） int main() prn_instruction(); play(); return 0;prn_instruction的實(shí)現(xiàn) prn_instruction函數(shù)的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只

2、要一系列的輸出語(yǔ)句把程序指南顯示一下就可以了 void prn_instruction() cout 這是一個(gè)猜硬幣正反面的游戲.n; cout 我會(huì)扔一個(gè)硬幣，你來(lái)猜.n; cout 如果猜對(duì)了，你贏，否則我贏。n;play函數(shù)的實(shí)現(xiàn) Play函數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生正反面，讓用戶(hù)猜，報(bào)告對(duì)錯(cuò)結(jié)果，然后詢(xún)問(wèn)是否要繼續(xù)玩 void play() char flag = y; while (flag = Y | flag = y) coin = 生成正反面; 輸入用戶(hù)的猜測(cè)； if （用戶(hù)猜測(cè) = coin） 報(bào)告本次猜測(cè)結(jié)果正確； else 報(bào)告本次猜測(cè)結(jié)果錯(cuò)誤； play函數(shù)的細(xì)化生成正反面：如果用0表

3、示正面，1表示反面，那么生成正反面就是隨機(jī)生成0和1兩個(gè)數(shù) 輸入用戶(hù)的猜測(cè)。如果不考慮程序的魯棒性，這個(gè)問(wèn)題也可以直接用一個(gè)輸入語(yǔ)句即可。但想讓程序做得好一點(diǎn)，就必須考慮得全面一些。比如，用戶(hù)可以不守規(guī)則，既不輸入0也不輸入1，而是輸入一個(gè)其他值，程序該怎么辦？因此這個(gè)任務(wù)還可以進(jìn)一步細(xì)化，所以再把它抽象成一個(gè)函數(shù)get_call_from_user。 void play() int coin ; char flag = Y; srand(time(NULL); /設(shè)置隨機(jī)數(shù)種子 while (flag = Y | flag =y) coin = rand() * 2 / RAND_MAX;/

4、生成扔硬幣的結(jié)果 if (get_call_from_user() = coin) cout 你贏了; else cout 我贏了; cout flag; get_call_from_user的實(shí)現(xiàn) 該函數(shù)接收用戶(hù)輸入的一個(gè)整型數(shù)。如果輸入的數(shù)不是0或1，則重新輸入，否則返回輸入的值 int get_call_from_user()int guess; / 0 = head, 1 = tail do cout guess; while (guess !=0 & guess !=1) ; return guess;這是一個(gè)猜硬幣正反面的游戲.我會(huì)扔一個(gè)硬幣，你來(lái)猜.如果猜對(duì)了，你贏，否則我贏。輸

5、入你的選擇（0表示正面，1表示反面）:1我贏了繼續(xù)玩嗎（Y或y）？y輸入你的選擇（0表示正面，1表示反面）:6輸入你的選擇（0表示正面，1表示反面）:1你贏了繼續(xù)玩嗎（Y或y）？nPress any key to continue運(yùn)行實(shí)例第9章 模塊化開(kāi)發(fā)自頂向下的分解模塊劃分庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)庫(kù)的應(yīng)用模塊劃分 當(dāng)程序變得更長(zhǎng)的時(shí)候，要在一個(gè)單獨(dú)的源文件中處理如此眾多的函數(shù)會(huì)變得困難 把程序再分成幾個(gè)小的源文件。每個(gè)源文件都包含一組相關(guān)的函數(shù)。一個(gè)源文件被稱(chēng)為一個(gè)模塊。模塊劃分標(biāo)準(zhǔn)：塊內(nèi)聯(lián)系盡可能大，塊間聯(lián)系盡可能小 石頭、剪刀、布游戲 游戲規(guī)則布覆蓋石頭石頭砸壞剪刀剪刀剪碎布 游戲的過(guò)程為：游戲

6、者選擇出石頭、剪子或布，計(jì)算機(jī)也隨機(jī)選擇一個(gè)，輸出結(jié)果，繼續(xù)游戲，直到游戲者選擇結(jié)束為止。在此過(guò)程中，游戲者也可以閱讀游戲指南或看看當(dāng)前戰(zhàn)況。 第一層的分解 While （用戶(hù)輸入 != quit） switch（用戶(hù)的選擇） case paper, rock, scissor: 機(jī)器選擇； 評(píng)判結(jié)果； 報(bào)告結(jié)果； case game: 顯示目前的戰(zhàn)況； case help: 顯示幫助信息； default: 報(bào)告錯(cuò)誤； 顯示戰(zhàn)況；函數(shù)抽取獲取用戶(hù)輸入selection_by_player獲取機(jī)器輸入selection_by_machine評(píng)判結(jié)果compare報(bào)告結(jié)果并記錄結(jié)果信息repor

7、t顯示目前戰(zhàn)況prn_game_status顯示幫助信息prn_help六個(gè)函數(shù) 枚舉類(lèi)型的定義 為了提高程序的可讀性，我們定義兩個(gè)枚舉類(lèi)型 ： enum p_r_s paper, rock, scissor, game, help, quit ; enum outcome win, lose, tie, error ; 模塊劃分 分成四個(gè)模塊：主模塊： main函數(shù)獲取選擇的模塊： selection_by_player和selection_by_machine比較模塊： compare輸出模塊： report、prn_game_status和prn_help函數(shù)Select模塊的設(shè)計(jì)sel

8、ection_by_player從鍵盤(pán)接收用戶(hù)的輸入并返回此輸入值。因此，原型為 p_r_s selection_by_player（）；selection_by_machine函數(shù)由機(jī)器產(chǎn)生一個(gè)石頭、剪子、布的值，并返回。因此，原型為 p_r_s selection_by_machine（）；Compare模塊的設(shè)計(jì)compare函數(shù)比較用戶(hù)輸入的值和機(jī)器產(chǎn)生的值，確定輸贏。它要有兩個(gè)參數(shù)，都是p_r_s類(lèi)型的，它也應(yīng)該有一個(gè)返回值，就是判斷的結(jié)果 。原型為：outcome compare(p_r_s, p_r_s)； print模塊的設(shè)計(jì)prn_help顯示一個(gè)用戶(hù)輸入的指南，告訴用戶(hù)如何

9、輸入他的選擇。因此，它沒(méi)有參數(shù)也沒(méi)有返回值。Report函數(shù)報(bào)告輸贏結(jié)果，并記錄輸贏的次數(shù)。因此它必須有四個(gè)參數(shù)：輸贏結(jié)果、輸?shù)拇螖?shù)、贏的次數(shù)和平局的次數(shù)，但沒(méi)有返回值。prn_game_status函數(shù)報(bào)告至今為止的戰(zhàn)況，因此需要三個(gè)參數(shù)：輸?shù)拇螖?shù)、贏的次數(shù)和平的次數(shù)，但沒(méi)有返回值。 print模塊的進(jìn)一步考慮輸?shù)拇螖?shù)、贏的次數(shù)和平局的次數(shù)在Report和prn_game_status兩個(gè)函數(shù)中都出現(xiàn)。Report函數(shù)修改這些變量的值，prn_game_status函數(shù)顯示這些變量的值。這三個(gè)函數(shù)的原型和用戶(hù)期望的原型不一致，用戶(hù)不希望原型中有參數(shù)。輸?shù)拇螖?shù)、贏的次數(shù)和平局的次數(shù)和其他模塊的

10、函數(shù)無(wú)任何關(guān)系，因此可作為該模塊的內(nèi)部狀態(tài)。內(nèi)部狀態(tài)可以作為該模塊的全局變量這樣report和prn_game_status函數(shù)中都不需要這三個(gè)參數(shù)了。 頭文件的設(shè)計(jì)為方便起見(jiàn)，我們把所有的符號(hào)常量定義、類(lèi)型定義和函數(shù)原型聲明寫(xiě)在一個(gè)頭文件中，讓每個(gè)模塊都include這個(gè)頭文件。那么，每個(gè)模塊就不必要再寫(xiě)那些函數(shù)的原型聲明了但這樣做又會(huì)引起另一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)把這些模塊連接起來(lái)時(shí)，編譯器會(huì)發(fā)現(xiàn)這些類(lèi)型定義、符號(hào)常量和函數(shù)原型的聲明在程序中反復(fù)出現(xiàn)多次，解決方法：需要用到一個(gè)新的編譯預(yù)處理命令：#ifndef 標(biāo)識(shí)符 #endif 頭文件的格式#ifndef _name_h#define _name

11、_h 頭文件真正需要寫(xiě)的內(nèi)容#endif石頭、剪子、布游戲的頭文件 / 文件：p_r_s.h/ 本文件定義了兩個(gè)枚舉類(lèi)型，聲明了本程序包括的所有函數(shù)原型#ifndef P_R_S#define P_R_S #include #include #include using namespace std; enum p_r_s paper, rock, scissor, game, help, quit ; enum outcome win, lose, tie, error ; outcome compare(p_r_s player_choice, p_r_s machine_choice);

12、void prn_final_status(); void prn_game_status(); void prn_help(); void report(outcome result); p_r_s selection_by_machine(); p_r_s selection_by_player();#endif主模塊的實(shí)現(xiàn)/文件：main.cpp/ 石頭、剪子、布游戲的主模塊#include p_r_s.hint main(void) outcome result; p_r_s player_choice, machine_choice; / seed the random number

13、 generator srand(time(NULL); while(player_choice = selection_by_player() != quit) switch(player_choice) case paper: case rock: case scissor: machine_choice = selection_by_machine(); result = compare(player_choice, machine_choice); report(result); break; case game: prn_game_status(); break; case help

14、: prn_help(); break; default: cout PROGRAMMER ERROR!nn; exit(1); prn_game_status(); return 0;select模塊的實(shí)現(xiàn) /文件：select.cpp/包括機(jī)器選擇selection_by_machine和/玩家選擇selection_by_player函數(shù)的實(shí)現(xiàn)#include p_r_s.hp_r_s selection_by_machine( ) int select = (rand( ) * 3 / (RAND_MAX + 1); cout I am ; switch(select) case 0:

15、 cout paper. ; break; case 1: cout rock. ; break; case 2: cout scissor. ; break; return (p_r_s) select);p_r_s selection_by_player() char c; p_r_s player_choice; prn_help(); /顯示輸入提示 cout c; switch(c) case p: player_choice = paper; cout you are paper. ; break; case r: player_choice = rock; cout you ar

16、e rock. ; break; case s: player_choice = scissor; cout you are scissor. ;break; case g: player_choice = game; break; case q: player_choice = quit; break; default : player_choice = help; break; return player_choice; Compare模塊的實(shí)現(xiàn) /文件：compare.cpp /包括compare函數(shù)的實(shí)現(xiàn)#include p_r_s.houtcome compare(p_r_s pla

17、yer_choice, p_r_s machine_choice) outcome result; if (player_choice = machine_choice) return tie; switch(player_choice) case paper: result = (machine_choice = rock) ? win : lose; break; case rock: result = (machine_choice = scissor) ? win : lose; break; case scissor: result = (machine_choice = paper

18、) ? win : lose; break; default: cout PROGRAMMER ERROR：Unexpected choice!nn; exit(1); return result; Print模塊的實(shí)現(xiàn) /文件：print.cpp /包括所有與輸出有關(guān)的模塊。/有prn_game_status，prn_help和report函數(shù)#include p_r_s.hint win_cnt = 0, lose_cnt = 0, tie_cnt = 0; /模塊的內(nèi)部狀態(tài)void report(outcome result)switch(result) case win: +win_c

19、nt; cout You win. n; break; case lose: +lose_cnt; cout You lose.n; break; case tie: +tie_cnt; cout A tie.n; break; default: cout PROGRAMMER ERROR!nn; exit(1); void prn_game_status() cout endl ; cout GAME STATUS: endl; cout win: win_cnt endl; cout Lose: lose_cnt endl; cout tie: tie_cnt endl; cout Tot

20、al: win_cnt + lose_cnt + tie_cnt endl;void prn_help() cout endl The following characters can be used:n p for papern r for rockn s for scissorsn g print the game statusn h help, print this listn q quit the gamen;第9章 模塊化開(kāi)發(fā)自頂向下的分解模塊劃分庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)庫(kù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)自己的庫(kù) 如果你的工作經(jīng)常要用到一些特殊的工具，你可以設(shè)計(jì)自己的庫(kù)一個(gè)庫(kù)應(yīng)該有一個(gè)主題。一個(gè)庫(kù)中的函數(shù)都應(yīng)該是處

21、理同一類(lèi)問(wèn)題。如標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)iostream包含輸入輸出功能，cmath包含數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)。我們自己設(shè)計(jì)的庫(kù)也要有一個(gè)主題。設(shè)計(jì)一個(gè)庫(kù)還要考慮到它的通用性。庫(kù)中的功能應(yīng)來(lái)源于某一應(yīng)用，但不局限于該應(yīng)用，而且要高于該應(yīng)用。在某一應(yīng)用程序中提取庫(kù)內(nèi)容時(shí)應(yīng)盡量考慮到兼容更多的應(yīng)用，使其他應(yīng)用程序也能共享這個(gè)庫(kù)。 庫(kù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)庫(kù)的接口：庫(kù)的用戶(hù)必須了解的內(nèi)容，包括庫(kù)中函數(shù)的原型、這些函數(shù)用到的符號(hào)常量和自定義類(lèi)型接口表現(xiàn)為一個(gè)頭文件設(shè)計(jì)庫(kù)中的函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：表現(xiàn)為一個(gè)源文件庫(kù)的這種實(shí)現(xiàn)方法稱(chēng)為信息隱藏 隨機(jī)函數(shù)庫(kù)的設(shè)計(jì) 庫(kù)的功能 在9.1中，用到了隨機(jī)生成0和1 在9.2中，用到了隨機(jī)生成0和2在自動(dòng)出題中

22、，用到了隨機(jī)生成0和3及隨機(jī)生成0到9用一個(gè)函數(shù)概括：生成low到high之間的隨機(jī)數(shù) int RandomInteger(int low, int high) 初始化函數(shù)RandomInit()實(shí)現(xiàn)設(shè)置隨機(jī)數(shù)種子的功能 在9.1節(jié)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)擲硬幣的程序。該程序用到了隨機(jī)數(shù)的一些特性。如果我們的工作經(jīng)常需要用到隨機(jī)數(shù)，我們可以把隨機(jī)數(shù)的應(yīng)用寫(xiě)成一個(gè)庫(kù)。 接口文件頭文件的格式：與石頭、剪子、布游戲中的頭文件格式一樣。頭文件中，每個(gè)函數(shù)聲明前應(yīng)該有一段注釋?zhuān)嬖V用戶(hù)如何使用這些函數(shù)。庫(kù)接口的設(shè)計(jì)/文件：Random.h/隨機(jī)函數(shù)庫(kù)的頭文件#ifndef _random_h#define _ra

23、ndom_h/函數(shù)：RandomInit/用法：RandomInit()/作用：此函數(shù)初始化隨機(jī)數(shù)種子void RandomInit();/函數(shù)：RandomInteger/用法：n = RandomInteger(low, high)/作用：此函數(shù)返回一個(gè)low到high之間的隨機(jī)數(shù)，包括low和highint RandomInteger(int low, int high);#endif庫(kù)的實(shí)現(xiàn) 庫(kù)的實(shí)現(xiàn)文件和頭文件的名字是相同的。如頭文件為Random.h，則實(shí)現(xiàn)文件為Random.cpp。 實(shí)現(xiàn)文件的格式：注釋?zhuān)哼@一部分簡(jiǎn)單介紹庫(kù)的功能。include此cpp文件所需的頭文件。每個(gè)實(shí)現(xiàn)

24、要包含自己的頭文件，以便編譯器能檢查函數(shù)定義和函數(shù)原型聲明的一致性。每個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼。在每個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的前面也必須有一段注釋。/文件：Random.cpp/該文件實(shí)現(xiàn)了Random庫(kù)#include #include #include Random.h/函數(shù)：RandomInit/該函數(shù)取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子void RandomInit() srand(time(NULL);/ 函數(shù)：RandomInteger/ 該函數(shù)將0到RAND_MAX的區(qū)間的劃分成high - low + 1 個(gè)/ 子區(qū)間。當(dāng)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)落在第一個(gè)子區(qū)間時(shí)，則映射成low。/ 當(dāng)落在最后一個(gè)子區(qū)間時(shí)，映

25、射成high。當(dāng)落在第i個(gè)子區(qū)間時(shí)/（i從0到high-low），則映射到low + iint RandomInteger(int low, int high) return (low + (high - low + 1) * rand() / (RAND_MAX + 1); 第9章 模塊化開(kāi)發(fā)自頂向下的分解模塊劃分庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)庫(kù)的應(yīng)用庫(kù)的應(yīng)用 - 龜兔賽跑 動(dòng)物跑動(dòng)類(lèi)型占用時(shí)間跑動(dòng)量烏龜快走50%向前走3點(diǎn)后滑20%向后退6點(diǎn)慢走30%向前走一點(diǎn)兔子睡覺(jué)20%不動(dòng)大后滑20%向后退9點(diǎn)快走10%向前走14點(diǎn)小步跳30%向前走3點(diǎn)慢后滑20%向后退2點(diǎn)龜兔賽跑解題思路分別用變量tortois

26、e和hare代表烏龜和兔子的當(dāng)前位置時(shí)間用秒計(jì)算用隨機(jī)數(shù)來(lái)決定烏龜和兔子在每一秒的動(dòng)作，根據(jù)動(dòng)作決定烏龜和兔子的位置的移動(dòng)跑道的長(zhǎng)度設(shè)為70個(gè)點(diǎn)第一層分解main() int hare = 0, tortoise = 0, timer = 0; /timer是計(jì)時(shí)器，從0開(kāi)始計(jì)時(shí) while (hare RACE_END & tortoise tortoise) cout n hare wins!; else cout n tortoise wins!;抽取函數(shù) 烏龜在這一秒的移動(dòng)距離： int move_tortoise();兔子在這一秒的移動(dòng)距離： int move_hare();輸出當(dāng)前

27、計(jì)時(shí)和兔子烏龜?shù)奈恢?void print_position(int timer, int tortoise, int hare);模塊劃分 主模塊移動(dòng)模塊move_tortoisemove_hare() 輸出模塊print_position 主模塊#include Random.h /包含隨機(jī)數(shù)庫(kù)#include using namespace std;const int RACE_END = 70; /設(shè)置跑道的長(zhǎng)度int move_tortoise();int move_hare();void print_position(int, int, int);int main() int hare = 0, tortoise = 0, timer = 0; RandomInit(); /隨機(jī)數(shù)初始化 cout timer tortoise haren; /輸出表頭 while (h