用JAVA实现"猜数字"游戏过程中的一点心得——编程时如何思考

（2014年6月9日：高考结束了，尽了人事，剩下的基本上只能听天命了。）
 温习了一下许久没有碰过的JAVA，说实话还真的有些生疏了。于是做了个挺简单的“猜数字”的小游戏，复习了下基本的语法。虽然这个“游戏”简单到基本学过编程就能做，但是自己亲自从思考程序逻辑，设计算法，编码调试，修改，然后再调试，最后差不多没有什么明显的问题，整个过程下来还是很有收获的。一些心得，分享一下， 如果有什么错误也希望大家能够不吝指正。
 首先还是介绍一下这个游戏的玩法，因为很大程度上一个游戏的玩法(规则)就是我们设计程序总的算法，我们的编码总归是要围绕实现“游戏规则”这个目标的。这里的“猜数字”，并不是指的是“生成一个随机数，然后让游戏者猜，然后程序会告诉你高了还是低了，如此循环往复，直到猜中”，它的规则要复杂一些，同时游戏性也更强，它还要求游戏者有一定的推理判断力，当然还有运气。好了，规则如下：
 
 1.程序随机生成一个四位的整数，要求是这个整数每一位都不相同，比如“1234”是符合要求的，而“3453”则不行
 2.用户输入猜测的数字，当然这个数字也必须是四位的，而且每一位都不相同
 3.程序会根据用户输入的数字，给出反馈，反馈的形式是nBmA，含义为用户输入的数字中有(m+n)个数字与生成的随机数(称为目标数)是一样的，其中有n个数字与目标数一样但所处的位置不同，有m个数与目标数一样而且所处的位置也相同。比如：目标数是：2456，输入：5236，那么程序反馈就是：2B1A。因为输入数与目标数中都有2和5，但位置不同，所以n=2；而输入数与目标数中都有6，且都处在相同的位置（都在个位），所以m=1。
 4.五次还未猜出正确数字，那么游戏就失败。

 看到上面的规则，是不是觉得很简单，急于编码。我认为急于下手是一种很不好的习惯，有时候头脑中的快速构想并不一定就是解决问题的理想模型，很可能实现到一半的时候才会发现有致命的缺陷，然后再来重构就会浪费更多的精力，这是经验之谈。就拿这个程序的实现来说，第一次我急于求成，写到一半才发现某些部分虽然可以实现但是非常繁琐，而且一定可以写得更精简一些，但是由于我的代码太过混乱，结构很不好，所以没办法实现。因此，我完全放弃了第一次的代码，先是仔细考虑了整个程序的目标是什么，大致的流程有哪些，有哪些关键的算法，能不能分成不同的模块来减少各部分间的相互影响(耦合)......然后想了一个非常粗略的框架，由宏观再到微观的实现，大方向有了，写起代码来基本上不会“东拉西扯”，写代码的感觉也比较流畅，除了写一些具体的算法会停下来思考，基本上都是一路没有“瓶颈”写下来的。
 好了，上面是一些感受，讲点具体的东西。首先是对规则进行分析，搞清楚它要我们做什么，我们可以做什么，不可以做什么：通览所有规则，发现这个程序涉及到人机交互，也就是输入输出(有些废话了，这是所有游戏最基本的特征之一)，所以我们在编码中应该考虑到采用哪种形式的交互，是字符界面还是GUI界面？如果你跟我想的一样，想要实现两种方式，那么势必要考虑任何让界面与业务逻辑尽量相互独立，毕竟无论采取何种表现形式，业务逻辑还是一样的，并不会随之转移。最好，业务逻辑根本不知道有界面的存在，这样界面的改动对业务逻辑来讲是没有任何影响的。所以我就想把业务逻辑抽取出来，并且封装起来，对外只提供输入输出的接口，于是我就创建了一个Logic类(在com.zyzz.Logic包下)，来处理游戏的业务逻辑，所有的核心算法和游戏流程的实现都位于此，只提供了Logic.input(int[] in)来接受外部输入。它的构造器是：Logic(OutputHandler handler),而OutputHandler是一个接口(也位于com.zyzz.Logic下)，里面有一个onOutput(Object out)的接口方法，每当游戏业务产生了输出都会回调这个方法，达到向外界传递输出信息的目的，总的来说，它相当于一个事件监听器，在发生“输出事件”时被触发。这样Logic的输入输出接口都有了，它与外界(特别是界面)的唯一交流就只能通过这些有限的接口，而内部的实现对外界来说是透明的(即：不可见的)，它既不知道Logic内部发生了什么，也无法改变什么，它唯一能做的就是在适当的时候向Logic对象输入一些数据(通过调用Logic.input()),或者接受Logic对象的反馈输出并用适当的发生显示它们(通过实现OutputHandler,并重写onOutput()方法)。这样就达到了两相隔离，互不影响的目的。这样设计是基于“责任”的考虑，责任不同，分工不同，只有各行其道，方能条理清晰，层次分明。下面分别是字符界面的实现和GUI界面的实现，基本上没有什么差异：
 

 //字符界面的游戏循环 
 Logic logic=new Logic(new OutputHandler(){
   @Override
   public void onOutput(Object val) {
    System.out.println(val);//处理输出反馈
   }
   
  });
  Scanner sc=new Scanner(System.in);
 
  do{
   System.out.print("Your Number:");
   try{
    final int[] input = RandomTool.stringToBitsArray(sc.next());
    logic.input(input);//输入数据
   }catch(Exception e){
    System.out.println("DEADLY ERROR");
    break;
   }
      
  }while(logic.getState()==STATE_ACTIVE);
  System.out.println("Game Over!");
 //-------------------------------//
 //GUI界面的游戏循环
 
 private final Logic logic=new Logic(new OutputHandler(){

  @Override
  public void onOutput(Object val) {
   textArea.setText((String)val);//处理输出反馈
  }
  
 });
 private final Action action = new SwingAction();
 ......此处省略界面初始化代码
 private class SwingAction extends AbstractAction {
  /**
   * 
   */
  public SwingAction() {
   putValue(NAME, "Guess");
   putValue(SHORT_DESCRIPTION, "cilck to guess a number");
  }
  public void actionPerformed(ActionEvent e) {
   if(logic.getState()==Logic.STATE_DEAD) {
    logic.reset();
    textArea.setText("");
   }
   logic.input(RandomTool.stringToBitsArray(textField.getText()));//输入数据
   textField.setText("");
  }
 }

//---------------------------------------//

 可以看到上面代码基本是神似的，唯一的区别就在于字符界面游戏循环要靠一个while循环来支撑，而因为GUI程序窗体有自己的生命周期，所以游戏循环是靠它本身的一些事件支持起来的。
 我们只看到程序里出现一个logic对象，却不知道它到底做了什么，当然，对于上面的的代码来说更是不需要知道logic里发生了什么，但一些具体的业务逻辑，我觉得还是很有必要讲一下的。
 分析规则1，我们会得出这样一个结论：我需要一个可以产生不重复的4位数字的算法，这是一个核心算法。网上流传了许多这方面的算法，其中有一些有缺陷(比如理论上会陷入死循环，不符合算法的确定性，有穷性)，有一些实在没看懂，这里提供一个我自己想出来的，路子比较“野”的算法，讲一下，当初思考的过程：
 当时考虑到这个算法的要求有两个：一是随机性，二是不重复。第一个要求比较简单，使用java提供的Random工具就行了，第二个要求实现起来要考虑的细节比较多，比如说如果采用“Step1.先随机产生一个数字——>Step2.判断有没有出现过，若出现过则——>Step1”这种思路严格说起来是不符合算法设计要求的，因为存在这样一种可能：每次随机产生的数字都是已经出现过的——虽然这是小概率事件，基本上不可能出现，但它仍然是不确定的。既然如此，不如换种思路：先保证数字是不重复的再保证数字序列是随机的。虽然这种思路只是把实现的顺序换了一下，但实现起来却要简单的多。想一想，怎样才能保证产生的数字序列一定是不重复的？换个问法，我们最多能够保证多少位的数字序列是不重复的？后一个问题，在十进制的条件下，我们能保证最多十位数字序列是不重复的，因为十进制中只有{0,1,2,3,4，5,6,7,8,9}这十个基数，所以超过十位的一个数字序列必定有重复的数字。弄清楚这个，要确保一个四位的数字序列不重复，只要保证这个四位的数字序列是{0,1,2,3,4，5,6,7,8,9}的一个子序列就行了。至于随机性，只需要让{0,1,2,3,4，5,6,7,8,9}这个序列中的每一个数字随机的交换位置就行了。这个比较另类的算法保证了在确定的步骤内一定能够产生结果，即所谓“确定性”。下面贴出具体的实现代码：

//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//
 /**
  * 
  * @param bits
  *            要产生的不重复的随机数的位数，因为十进制只有{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}共十个数字，输入位数不能够超过10位
  * @return 总共bits位，且各个位互不相同的随机数
  */
 public static int[] randNonRepeated(int bits) {
  if (bits > 10 || bits <= 0)
   throw new RuntimeException(
     "illegal arg:bits must range from 0 to 10!");
  final int[] srcNum = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   int exchange_bit = rnd.nextInt(10);//随机产生将与第i位交换的位
   int temp = srcNum[i];
   srcNum[i] = srcNum[exchange_bit];
   srcNum[exchange_bit] = temp;
  }
  if (srcNum[0] == 0) {
   int exchange_bit = rnd.nextInt(9) + 1;
   srcNum[0] = srcNum[exchange_bit];
   srcNum[exchange_bit] = 0;
  }
  return Arrays.copyOf(srcNum, bits);
 }
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------//

 关于规则2,3,4的实现都比较简单这里不再赘述。

完整的源代码：http://download.csdn.net/detail/zyzzate/7472635
（PS：本人菜鸟，上面如有有偏颇之处望各位大侠指正，谢谢！）