Java咖啡馆(6)——编写猜数字游戏

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上一回我们讲解了Java语言基础，篇幅所限，仅仅包含相当有限的Java语法知识。本期我们将在上回基础上编写一个猜数字的游戏，进一步学习Java语言基础知识。

猜数字游戏

　　你肯定玩过猜数字游戏—游戏随机给出一个0至99(包括0和99)之间的数字，然后让你猜是什么数字。你可以随便猜一个数字，游戏会提示太大还是太小，从而缩小结果范围。经过几次猜测与提示后，最终推出答案(我们提供了完整代码，点击这里下载)。(见图1)

游戏设计

　　首先搭建Java程序框架。打开Eclipse，新建名为GuessNumberGame的项目，然后新建名为GuessNumber的Java类。别忘记给GuessNumber加上合适的javadoc。

　　第一步:随机数的产生

　　我们可以借助Java API提供的Random类来产生一个随机数。

　　首先在main函数中加入以下三行代码：

// 新建一个随机数产生器，然后生成一个0到99之间的整数。
Random random = new Random();
int number = random.nextInt(100);

　　不出所料，Eclipse就像语文老师一样，立即在错误语句处划出红线，把鼠标移动到红线上，可以看到具体出错信息(见图2)。

　　包(Package)的概念

　　Java API中包含了极其丰富、类似于Random这样由Sun预先定义好的类(Class，如果忘记相关概念，请参考第四篇连载—《品味第一杯咖啡》)，与变量作用域的问题一样，不同包中可以有同名同姓的类，如果没有包的概念，就会遇到命名冲突问题。此外，包还能进行安全控制，你可以规定哪些类可以被包外部调用，哪些不可以。

　　Random类是在java.util这个包中。可以手动在源程序顶部输入import java.util.Random;语句来申明该程序将要使用java.util包中的Random类，然而有了Eclipse，就不用那么麻烦了—把光标移动到有红色波浪线的Random上，然后按下Ctrl＋Shift＋M，Eclipse会自动帮你完成导入的工作了。此时保存一下源代码，警告是不是消失了？希望你牢记这个快捷键的用法，在开发大型项目时，再好的脑子也无法牢记每个类所在的包的名字，有了Eclipse的鼎力相助，偷个懒也没问题。

　　语句翻译

　　第一句定义了一个类型是Random类的变量random(Java语言区分大小写，所以Random和random是两回事儿)，并且用new操作符生成一个Random类的实例赋给random变量。还记得我们上期连载说到变量还有一种引用类型吗？这就是一个例子。random变量实际上是一个参照，指向内存中用new操作符新建的Random类的实例。说起来很拗口，大多数情况下可以把random直接看做是一个Random类的实例，可以通过“random”加上“.操作符”来调用Random类的方法，比如用random.nextInt(100)来获取一个0至99之间的随机数。

　　第二句语句定义一个整型变量number来保存随机产生的整数，并且用直接初始化的方法把random产生的随机数赋给number变量。

　　第二步:标准输入输出

　　标准输入输出(Standard I/O)是指可以被应用程序使用的信息流。比如，应用程序可以从标准输入(Standard input)读取数据，向标准输出(Standard output)写数据，把出错信息发送到标准错误(Standard error)。通过输入输出，应用程序和应用程序之间可以被串联起来使用。虽然标准输入输出是从UNIX发展出来的概念，在Windows中也广泛应用，如果你熟悉DOS，这个概念自然不陌生。
猜数字游戏主要用到标准输入，更明确一些，就是控制台输入。还记得我们经常使用System.out.println进行控制台输出吗？相反，要从控制台输入，就需要用到System.in。它是一个纯粹的输入流，而猜数字游戏主要是通过控制台获取玩家的字符(特别是能够支持多国语言的Unicode字符)输入，我们需要把它包装成一个BufferedReader实例来使用:

BufferedReader input = new BufferedReader(
new InputStreamReader(System.in));

　　这时，input就是一个能处理来自控制台输入的、支持Unicode的、可以整行读取的一个BufferedReader实例，比如能通过input.readLine()方法获取玩家在控制台整整一行的输入了。

　　第三步:异常

　　正如阿甘的名言—Shit happens，程序中的金科玉律就是—一定会出错。出错并不可怕，关键看如何对待错误，有错必究才善莫大焉。

　　Java语言提供了异常(Exception)处理机制帮助程序员发现并处理异常。什么是异常呢？所谓异常，就是在程序执行过程中能干扰程序正常流程的事件。导致异常的原因很多，比如文件找不到、数组越界、除以零等。当异常出现时，一个异常对象将被自动生成并传递给Java“运行时环境”(runtime system)，说得专业一点，就是抛出一个异常。异常对象包含了异常类型、程序运行状态等信息。“运行时环境”得到异常对象后便打断程序的正常流程，自动寻找一个专门处理该异常的代码块来解决问题。这样的代码块称作异常句柄(Exception Handler)。你可以在异常句柄中尝试修复错误、重试或者报错，或者实在无法进行下去的时候来个自我了断。如果“运行时环境”找不到异常句柄，Java程序便会自行中断。

　　一个典型的异常处理是这个样子的：

try {
statement(s);
} catch (exceptiontype1 name) {
statement(s);
} catch (exceptiontype2 name) {
statement(s);
} finally {
statement(s);
}

　　其中：

　　★try语句括起来的语句可能抛出异常。try语句至少要搭配一个catch语句或finally语句，不能单独使用。
　　★catch语句必须和一个try语句配套使用，根据异常类型(exception type)分别处理不同的异常。也就是说，Java有许多预先定义的异常，你可以通过多个catch语句对它们分门别类地处理。你还可以自己定义异常类型。如果try语句块中没有抛出异常，这里自然不会被执行。
　　★finally语句也必须和一个try语句配套使用，与catch语句不同，无论try语句块中是否抛出异常，finally所包括的语句块都会被执行。

举个具体的例子来熟悉一下。猜数字游戏需要从控制台获取玩家输入的数字。我们先定义一个整型变量：

int guess;

　　然后就可以编写如下代码：

guess = Integer.parseInt(input.readLine());

　　通过input.readLine从控制台读取输入，并且用Integer.parseInt把获取的字符串类型的输入转换成整型，然后赋给guess变量。

　　Eclipse又给你脸色看了——input.readLine()下面划上了红线(见图3)。

　　看看提示，原来是未处理异常句柄。

　　原来，Java有一种异常称作检查型异常(Checked Exceptions)。一般数组越界、除以零等等都是运行时异常，由于数量众多，Java允许你不必亲自捕捉每个这样的异常，而全权交给运行时环境去处理。但检查型异常就不一样了，Java把检查型异常提升到与参数、返回值同样的高度，也就是说，检查型异常你非处理不可，并且在javadoc中必须加以注释。

　　那么怎样快速地捕捉这样的异常呢？按照如图3所示，用鼠标点击带有红叉的灯泡图标，在弹出菜单上选择Surround with Try/Catch，异常处理代码模块立即自动生成了。可以发现，这一句话将抛出两个异常:一个是格式异常(NumberFormatException)，因为如果你用Integer.parseInt去转换一个汉字，自然是不可能的。另一个便是I/O异常，即标准输入可能会出现不可预料的问题。怎么样，连异常都能够自动捕捉，这就是Eclipse的魅力！

　　需要说明的是，NumberFormatException并不是检查型异常，而是一个不必刻意捕捉的运行时异常。试试看把捕捉NumberFormatException的那个catch语句块全部删除，Eclipse也不会报错。不过，捕捉这个异常很有实用价值，后文的代码会进一步展示它的作用。

　　小提示

　　使用异常机制的诸多好处

　　★使得程序更健壮，界面更友善。
　　★把程序的业务逻辑与错误处理分开，代码更合理，更美观。
　　★异常可以分层次处理，使得代码更简洁。
　　★同类的异常可以归到一类一起处理，处理更方便。

　　Java的异常处理机制是一个很大的话题，这里仅仅是展示了冰山一角，以实用为主，希望你能够自行阅读扩展知识，并且在编写代码过程中注意体会。

　　while循环控制

　　上回的Java咖啡馆介绍了for循环语句，这回需要介绍一个它的“亲戚”语句——while语句。

　　while语句的语法是：

while ( expression ) {
statement(s)
}

　　首先，while语句判断返回一个布尔值的expression表达式，如果返回值为true，则执行下面语句，之后再测试expression表达式再执行语句，以此往复，直到expression表达式返回false为止。

　　do-while语句与while语句非常相似，语法是：

do {
statement(s)
} while ( expression );

　　与while语句在循环顶部判断表达式真假值不同，do-while语句在底部判断，从而，do-while语句至少执行一次内部的代码。

　　下面看看猜数字游戏的主体部分：

// 记录玩家猜测的次数
int counter = 0;
System.out.println("我心里有一个0到99之间的整数，你猜是什么？");

do {
try {
// 获取玩家的输入
guess = Integer.parseInt(input.readLine());
} catch (NumberFormatException e) {
// 如果玩家不是输入一个合法的整数，则让他重新输入
System.out.println("请输入一个0-99之间的整数！");
continue;
} catch (IOException e) {
System.out.println("程序发生异常错误将被关闭！");
e.printStackTrace();
}

// 对玩家的输入进行判断
if (guess > number)
System.out.println("大了点，再猜！");
if (guess < number)
System.out.println("小了点，再试试！");

// 计数器增加一
counter＋＋;
} while (guess != number);

　　首先定义了一个counter变量来记录玩家猜测的次数，并直接初始化为0。在打印一行游戏提示以后，便开始一个do-while语句。

　　在do-while语句中，首先用异常处理语句获取玩家的输入，如果玩家输入不合法，提示以后用continue语句从头重新执行循环语句，等待玩家的输入。从而，guess变量一定包含一个合法的整数。之后要对玩家的输入进行判断。如果玩家的猜测太大或者太小，都做出提示。接着把计数器增加1，表示玩家做过一次猜测。最后便是do-while语句的判断:当玩家猜测的数字和随机产生的答案不同，则再次进入循环，否则便结束循环，执行下面的代码。

　　最后提醒一句，别忘记用Eclipse的Alt＋/快捷键帮助编写do-while语句哦！

　　switch语句

　　switch语句是基于整型表达式的条件判断语句，猜数字用它来进行成绩判断：

// 判断成绩
switch (counter) {
case 1:
System.out.println("东渐……快来看上帝……");
break;
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
case 6:
case 7:
System.out.println("这么快就猜对了，你很smart啊！");
break;
default:
System.out.println("猜了半天才猜出来，小同志，尚须努力啊！");
break;
}

　　可以看出，switch语句是和若干case语句和一个default语句搭配使用的。代码中的switch语句用counter变量的值进行判断。当counter的值为1时，便执行case 1里面的语句，即打印“东渐……快来看上帝……”的字样，随后的break语句表示整个switch语句执行到这里结束了。当counter的值为2时，便执行case 2里面的语句。可以发现case 2到case 6都没有break语句，这表示依次执行下面的语句，从而counter的值为2至7时，都打印“这么快就猜对了，你很smart啊！”字样。当counter的值不是1至7时，便执行default语句，打印鼓励的话语。

　　Just Do It

　　想想看怎样编写一个会玩猜数字游戏的Java程序呢？

小结

　　这是Java咖啡馆开张以来最漫长的一回，涉及的知识面很广，希望你能够感到充实而不是烦琐。此外，自己动手编写几个小程序是最好的练习方法。Eclipse是良师益友，有什么问题都会及时通知你，有时还会附上解决方法，希望你善加利用，不要辜负一片心意哦。