Lab 6-1: Object Design Practice - 3 bags program modification

1. 練習修改一個物件導向的程式 (真正在設計物件導向程式時, 其實我們會避免去修改已經設計好的類別, 盡量重用已經設計好的類別, 目前因為我們教過的語法還不夠多, 所以才希望你直接去修改類別的內容, 同時也是因為修改一個已經有適當架構的程式, 可以讓你快一點熟悉如何建構物件導向程式中各種物件的靜態架構)
2. 修改物件的模型, 物件模型因為已經用很清楚的圖形表示出來了, 所以是很容易修改的。
3. 進一步了解 UML 的類別圖的用途

Bag 類別需要由原來放兩個球改為放三個球, 所以類別定義裡指標陣列 Ball *m_balls[2]; 的元素個數需要改為 3, 建構元 Bag::Bag(...) 函式的參數要改為三個, 初始化串列 : m_numberOfBalls(2) 也要更改數值為 3, 函式內容需要多增加一個 new 的記憶體配置敘述, 解構元 Bag::~Bag() 裡要釋放的記憶體也相對地增加一個

Ball *Bag::getABall() 函式裡需要增加袋中有三個球的可能性, 如果你有時間的話, 邏輯可以改一下, 讓程式看起來簡潔一點

void Bag::putBallsBack(); 函式很容易改, 在設計這個 Bag 類別的時候所有產生的 Ball 物件都由它來管理, 所以在 Bag 物件銷毀的時候必須負責把所有管理的 Ball 物件都刪除掉。

另外你也可以思考一下: getABall() 和 putBallsBack() 原來在實作時雖然會透過 getABall() 回傳一個 Ball 物件的指標, 但是基本上所有的 Ball 物件還是由 Bag 物件來管理, 它們的指標還是記錄在 Bag::m_balls 陣列中, 這樣的邏輯和實際實驗時差距比較大, 實際上每次由 Bag 中拿出一個球的時候, 這個 Ball 物件應該要由 Bag 物件中移掉, 而由 main() 函式來管理, 直到 putBallsBack() 被呼叫時, 先前抽出的球再透過這個函式的參數傳回 Bag 物件中, 這樣的運作模式比較直覺。

Game 類別需要由原來三個袋子改為四個袋子, 所以類別定義裡指標陣列 Bag *m_bags[3]; 的元素需要改為 4, 同時我們也練習一下替這個類別增加一個常數資料成員, const int m_numberOfBags;

建構元 Game::Game() 函式必須使用初始化串列來設定 m_numberOfBags 整數常數的數值:

    Game::Game():m_numberOfBags(3)

Game *Game::getABag() 函式裡需要由三個袋子改為四個袋子 邏輯可能要改一下

範例執行程式(請下載後執行)

在修改程式之前我們有一些準備的工作:

我們知道如果在 srand() 函式中傳入一個固定的數字, 例如 srand(0), 不管什麼時候執行它, 產生的亂數序列應該是完全一樣的。

在這個步驟中打算作的修改基本上不會改變程式的結果, 所以在修改程式前, 請先在原來主程式結束前加上 assert 的敘述, 例如

    assert(thirdIsAlsoRed == 2477);

其中 2477 這個數字要在程式還沒修改前利用原來的程式列印出來, 加上這個敘述的目的是要保證修改過的程式還能夠得到一樣的結果。

接下來就可以進行程式的修改了, 把 main() 中實驗的部份抽出來到一個 Game 類別的成員函式中, 傳回一個機率值到主程式來列印。

這樣子的修改方法是防止你在更動程式架構時不小心造成結果的錯誤, 物件導向程式中有很多程式架構的彈性, 例如說某一個成員函式可以放在某一個類別中或是另外一個類別中, 某一個資料成員可以放在這個類別或是另外一個類別中, 這些都是可以一步一步調整的, 很可能各有各的好處, 需要視實際狀況來調整, 所以常常我們會更改必要的程式, 但是不需要更改的部份一定完全不動, 而需要更改的程式會藉由一些 assert 敘述來保證它沒有被改錯

也就是說這個類別需要有一個建構元

    Dice::Dice(double probability[])
    {
        ...
    }

來設定六個機率值, 傳進去一個六個元素的浮點陣列, 記得用 assert 敘述檢查一下總和是不是 1.0 (目前還沒有學到使用 exception, 所以如果檢查失敗了, 還沒有辦法處理)

我們可以在任何時候丟這個骰子, 來看到它出現的點數, 所以這個類別會有一個公開的成員界面,

    int Dice::randomThrow();

這個 randomThrow() 函式裡應該要實作類似丟銅板決定正反面的程式

int x;
x = rand();
if (x < RAND_MAX/2)
    return 0; // 正面
else
    return 1; // 反面

只是現在有六個可能的輸出數值 {1, 2, 3, 4, 5, 6}, 而且決定的邊界不見得是均勻地平分 RAND_MAX, 而是根據建構這個骰子物件時設定的機率 probability[6] 來設定邊界, 例如

int i;
int boundary[6];
double cumulativeProbability = 0;
for (i=0; i<6; i++)
{
    cumulativeProbability += probability[i];
    boundary[i] = cumulativeProbability * RAND_MAX;
}

在 randomThrow() 函式中決定骰子點數的程式片段如下:

int x, i;
x = rand():
for (i=0; i<6; i++)
    if (x < boundary[i])
        return i;

    初始化及銷毀其中一個骰子的程式可以如下
    Dice  *dice[2];
    double prob1[]={1.0/6, 1.0/6, 1.0/6, 1.0/6, 1.0/6, 1.0/6};
    dice[0] = new Dice(prob1);
    ...
    delete dice[0];

現在請再寫一個 Game 的成員函式來做一個新的實驗,

    1. 請由四個袋子中任意挑選一袋
    2. 請由袋子中選一顆球出來, 如果是紅球的話, 把球放回去, 重新再來 
    3. 如果在 2 中挑到白球, 請隨便挑一顆骰子丟, 如果是奇數的話, 
       不做任何事, 如果是偶數的話再挑一顆球, 把球留在外面
    4. 最後再由袋子裡挑一顆球,請計算它是白球的機率

範例執行程式(請下載後執行)