Календарь новогодних развлечений в GeekBrains

Блог

Быстрый старт с Java: пишем «крестики-нолики»

Узнаем о массивах, методах, полях класса и создаём более сложную игру на Java
6 минут1521

Перед прочтением данной статьи рекомендую ознакомиться с предыдущей, «Быстрый старт с Java: начало», поскольку ожидается, что читатель владеет материалом, изложенным в ней — знает о переменных, условиях, циклах и импорте классов. Сегодня мы углублим знания о Java, создавая игру «Крестики-нолики», которая работает в командной строке (консоли). В процессе будет рассмотрена работа с массивами, а также некоторые аспекты объектно-ориентированного программирования (нестатические методы, нестатические поля, конструктор).

Массивы

При написании игры используется массив, поэтому давайте для начала рассмотрим, что это. Массивы хранят набор однотипных переменных. Если переменная похожа на коробочку, с написанным на боку типом, именем и со значением внутри, то массив похож на блок таких коробочек. И тип, и имя у блока одно, а доступ к той или иной коробочке (значению) происходит по номеру (индексу).

В Java массивы являются объектами, их создают с помощью директивы new. При создании указываем количество элементов массива или инициализируем его набором значений. Приведенный код иллюстрирует оба варианта:

class Arrays {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[5];
        int[] arrInit = {1, 2, 3, 4, 5};
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i * 2 + arrInit[i];
        }
        for (int a : arr) {
            System.out.println(a);
        }
    }
}

С элементами массива можно работать как с обычными переменными, присваивая им результат выражения и читая хранимые значения. При этом в квадратных скобках указывается индекс элемента массива. Индексация в Java идёт с 0 (с нуля). Первый цикл инициализирует элементы массива arr при помощи значений из массива arrInit. Каждый массив имеет поле length, содержащее количество его элементов. Второй цикл выводит элементы массива в консоль, используя второй вариант for  без счётчика цикла.

Методы

Кроме main() класс может содержать и другие методы. Рассмотрим в качестве примера класс с методом add(), который вычисляет и возвращает сумму двух значений, переданных как параметры. Обратите внимание на тип int, который стоит перед именем метода — это тип возвращаемого значения. Две переменные в скобках — параметры. Совокупность имени и параметров называют сигнатурой метода. Вызов метода происходит по имени, в скобках указывают передаваемые значения. В методе они попадают в параметры-переменные. Команда return возвращает результат сложения этих двух переменных и обеспечивает выход из метода.

class MethodStatic {
    public static void main(String[] args) {
        int c = add(5, 6);
        System.out.println("5 + 6 = " + c);
    }
 
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

Слово static означает, что метод статический. Если мы обращается к какому-либо методу из статического метода, то вызываемый тоже должен быть статическим. Вот почему add() статический — он вызывается из статического main(). Использование статических методов — скорее исключение, чем правило, поэтому давайте посмотрим как сделать add() нестатическим.

Решение одно — создать объект на основании класса. И затем вызывать метод через точку после имени объекта. В этом случае метод может быть нестатическим. Представленный ниже код это иллюстрирует.

class MethodNotStatic {
    public static void main(String[] args) {
        MethodNotStatic method = new MethodNotStatic();
        int c = method.add(5, 6);
        System.out.println("5 + 6 = " + c);
    }
 
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

Поля класса

Переменные существуют в рамках лишь того метода, где они объявлены. А если нужна переменная, доступная во всех методах класса, то пришло время использовать поля. Поля объявляются подобно переменным, с указанием типа и имени. Но располагаются они не в методах, а прямо в теле класса. Подобно методам, они могут быть статическими и нестатическими. Нестатические поля, как и методы, доступны только после создания объекта.

class FieldExample {
    int a;
 
    public static void main(String[] args) {
        FieldExample field = new FieldExample();
        field.a = 12;
        System.out.println("a = " + field.a);
        System.out.println(field.getA());
        field.printA();
    }
 
    int getA() {
        return a;
    }
 
    void printA() {
        System.out.println(a);
    }
}

Приведённый выше код иллюстрирует работу с нестатическим полем int a. Описание полей принято размещать первыми в коде класса, затем идут описания методов. Возможность обращаться к полю (запись, чтение) мы получаем только после создания объекта. Также видно, что это поле доступно во всех нестатических методах объекта, а в статическом main() — через точку после имени объекта.

Крестики-нолики. Шаблон класса

Приступим к написанию кода игры. Начнём с шаблона класса и определения нужных полей. Именно это содержит приведённый ниже код. Первые две строки — импорт классов. Первыми в теле класса идут описания полей, затем методов. Метод main() используется для создания объекта (так как поля и методы нестатические) и вызова метода game() с игровой логикой.

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;
 
class TicTacToe {
    final char SIGN_X = 'x';
    final char SIGN_O = 'o';
    final char SIGN_EMPTY = '.';
    char[][] table;
    Random random;
    Scanner scanner;
 
    public static void main(String[] args) {
        new TicTacToe().game();
    }
 
    TicTacToe() {
        // конструктор: инициализация полей
    }
 
    void game() {
        // игровая логика
    }
 
    // дополнительные методы
}

В качестве полей используем три символьные константы: SIGN_X, SIGN_O и SIGN_EMPTY. Их значения нельзя изменять, об этом говорит модификатор final. Двумерный символьный массив table будет нашим игровым полем. Потребуется также объект random для генерации ходов компьютера и scanner для ввода данных от пользователя.

Имена методов принято писать с маленькой буквы. Однако в коде мы видим метод TicTacToe() — есть ли тут нарушение? Нет, поскольку этот метод особенный и в объектно-ориентированном программировании называется конструктор. Конструктор вызывается сразу после того, как объект создан. Его имя, как видим, должно совпадать с именем класса. Мы используем конструктор для инициализации полей.

TicTacToe() {
    random = new Random();
    scanner = new Scanner(System.in);
    table = new char[3][3];
}

Игровая логика

Игровая логика располагается в методе game() и базируется на бесконечном цикле while. Ниже в фрагменте кода последовательность действий описана через комментарии:

// инициализация таблицы
while (true) {
    // ход человека
    // проверка: если победа человека или ничья:
    //    сообщить и выйти из цикла
    // ход компьютера
    // проверка: если победа компьютера или ничья:
    //    сообщить и выйти из цикла
}

При написании рабочего кода, каждое действие — например, «ход человека», «ход компьютера», «проверка» — мы заменим на вызов соответствующего метода. При возникновении выигрышной или ничейной ситуации (все клетки таблицы заполнены), выходим из цикла с помощью break, завершая игру.

void game() {
    initTable();
    while (true) {
        turnHuman();
        if (checkWin(SIGN_X)) {
            System.out.println("YOU WIN!");
            break;
        }
        if (isTableFull()) {
            System.out.println("Sorry, DRAW!");
            break;
        }
        turnAI();
        printTable();
        if (checkWin(SIGN_O)) {
            System.out.println("AI WIN!");
            break;
        }
        if (isTableFull()) {
            System.out.println("Sorry, DRAW!");
            break;
        }
    }
    System.out.println("GAME OVER.");
    printTable();
}

Реализация вспомогательных методов

Пришло время написать код методов, вызываемых в game(). Самый первый, initTable(), обеспечивает начальную инициализацию игровой таблицы, заполняя её ячейки «пустыми» символами. Внешний цикл, со счетчиком int row, выбирает строки, а внутренний, со счётчиком int col, перебирает ячейки в каждой строке.

 
void initTable() {
    for (int row = 0; row < 3; row++)
        for (int col = 0; col < 3; col++)
            table[row][col] = SIGN_EMPTY;
}

Также потребуется метод, отображающий текущее состояние игровой таблицы printTable().

void printTable() {
    for (int row = 0; row < 3; row++) {
        for (int col = 0; col < 3; col++)
            System.out.print(table[row][col] + " ");
        System.out.println();
    }
}

В методе turnHuman(), который позволяет пользователю сделать ход, мы используем метод nextInt() объекта scanner, чтобы прочитать два целых числа (координаты ячейки) с консоли. Обратите внимание как используется цикл do-while: запрос координат повторяется в случае, если пользователь укажет координаты невалидной ячейки (ячейка таблицы занята или не существует). Если с ячейкой всё в порядке, туда заносится символ SIGN_X — «крестик».

void turnHuman() {
    int x, y;
    do {
        System.out.println("Enter X and Y (1..3):");
        x = scanner.nextInt() - 1;
        y = scanner.nextInt() - 1;
    } while (!isCellValid(x, y));
    table[y][x] = SIGN_X;
}

Валидность ячейки определяет метод isCellValid(). Он возвращает логическое значение: true — если ячейка свободна и существует, false — если ячейка занята или указаны ошибочные координаты.

boolean isCellValid(int x, int y) {
    if (x < 0 || y < 0 || x >= 3|| y >= 3)
        return false;
    return table[y][x] == SIGN_EMPTY;
}

Метод turnAI() похож на метод turnHuman() использованием цикла do-while. Только координат ячейки не считываются с консоли, а генерируются случайно, при помощи метода nextInt(3) объекта random. Число 3, передающееся как параметр, является ограничителем. Таким образом, генерируются случайные целые числа от 0 до 2 (в рамках индексов массива игровой таблицы). И метод isCellValid() снова позволяет нам выбрать только свободные ячейки для занесения в них знака SIGN_O — «нолика».

void turnAI() {
    int x, y;
    do {
        x = random.nextInt(3);
        y = random.nextInt(3);
    } while (!isCellValid(x, y));
    table[y][x] = SIGN_O;
}

Осталось дописать два последних метода — проверка победы и проверка на ничью. Метод checkWin() проверяет игровую таблицу на «победную тройку» — три одинаковых знака подряд, по вертикали или горизонтали (в цикле), а также по двум диагоналям. Проверяемый знак указан как параметр char dot, за счёт чего метод универсален - можно проверять победу и по «крестикам» и по «ноликам». В случае победы возвращается булевское значение true, в противном случае — false.

boolean checkWin(char dot) {
    for (int i = 0; i < 3; i++)
        if ((table[i][0] == dot && table[i][1] == dot &&
                         table[i][2] == dot) ||
                (table[0][i] == dot && table[1][i] == dot &&
                                  table[2][i] == dot))
            return true;
        if ((table[0][0] == dot && table[1][1] == dot &&
                  table[2][2] == dot) ||
                    (table[2][0] == dot && table[1][1] == dot &&
                      table[0][2] == dot))
            return true;
    return false;
}

Метод isTableFull() во вложенном двойном цикле проходит по всем ячейкам игровой таблицы и, если они все заняты, возвращает true. Если хотя бы одна ячейка ещё свободна, возвращается false.

boolean isTableFull() {
    for (int row = 0; row < 3; row++)
        for (int col = 0; col < 3; col++)
            if (table[row][col] == SIGN_EMPTY)
                return false;
    return true;
}

Теперь осталось собрать все эти методы внутри TicTacToe. Последовательность их расположения в теле класса не важна. А после этого можно попробовать сыграть с компьютером в крестики-нолики.

Заключение

На всякий случай прилагаю мой telegram — @biblelamp. Если вас заинтересовала тема, рекомендую почитать «Java-программирование для начинающих» Майка МакГрата и «Изучаем Java» Кэти Сьерра и Берт Бейтс. Также напоминаю ссылку на мою предыдущую статью, где мы начали знакомство с Java.

Если язык Java вас заинтересовал — приглашаем на факультет Java-разработки. Если ещё не совсем уверены — посмотрите истории успеха наших Java-выпускников:

программированиеjavaкурсы javaобучение javaразработкаобучение программированиюjava для новичковjava для начинающихjava для чайниковdevelopment
Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.
Спасибо,
что читаете наш блог!
Posts popup