Oop lab/sokoban

หน้านี้เป็นส่วนหนึ่งของ oop lab

เกม Sokoban เป็นเกมปัญหาที่โด่งดังมากในอดีต ทดลองเล่นได้ที่ [1] หรือ [2]

ในเกมนี้ผู้เล่นจะเดินเข็นกล่องไปมาให้ไปอยู่ในตำแหน่งปลายทาง ผู้เล่นจะดันกล่องได้เท่านั้น (ดึงไม่ได้ถ้าดันไปติดกำแพงก็จบเกม) และจะสามารถดันกล่องได้แค่ใบเดียวเท่านั้น (ถ้าติดกันสองใบจะหนักเกิน ดันไม่ไหว)

เริ่มต้น

เราจะพัฒนาเกมดังกล่าวด้วยกระบวนการ TDD และหัดใช้ git ไปพร้อม ๆ กัน ดังนั้นให้สร้างโปรเจ็ค จากนั้นให้สร้าง git repository ของโปรเจ็คด้วย (ดูวิธีการได้ในคลิป egit)

ด้านล่างเป็นคลาส GameBoard และ unit test เบื้องต้น GameBoardTest ให้สร้างคลาสดังกล่าวใน project และนำโค้ดด้านล่างไปใช้ อย่าลืมดูชื่อ package ให้สอดคล้องกับ project ที่สร้างขึ้นด้วย (โดยมากนิยมใช้ชื่อเดียวกัน)

ให้ทดลองสั่งให้ unit test ทำงาน ถ้าเขียวหมด ให้ commit เวอร์ชันนี้ลง git

ถ้า unit test เขียวหมด ให้ commit สามารถใส่ commit message ว่า initial project template

GameBoard.java

package sokoban;

public class GameBoard {

    private int height;
    private int width;
    private String[] baseBoard;
    
    private int playerRow;
    private int playerCol;
    
    private int numBoxes;
    private int[] boxRows;
    private int[] boxCols;

    public GameBoard(String[] map) {
        loadBoard(map);
    }

    public void loadBoard(String[] map) {
        height = map.length;
        width = map[0].length();
        numBoxes = 0;
        boxRows = new int[height*width];
        boxCols = new int[height*width];
        
        baseBoard = new String[height];
        for(int r = 0; r < height; r++) {
            baseBoard[r] = "";
            for(int c = 0; c < width; c++) {
                char mch = map[r].charAt(c);
                char sch = '.';
                switch(mch) {
                case 'A': 
                    playerRow = r;
                    playerCol = c;
                    break;
                case 'O':
                    boxRows[numBoxes] = r;
                    boxCols[numBoxes] = c;
                    numBoxes++;
                    break;
                default:
                    sch = mch;
                }
                baseBoard[r] += sch;
            }
        }
    }

    public int getHeight() {
        return height;
    }

    public int getWidth() {
        return width;
    }

    public int getPlayerRow() {
        return playerRow;
    }
    
    public int getPlayerCol() {
        return playerCol;
    }
    
    public void setPlayerPosition(int r, int c) {
        playerRow = r;
        playerCol = c;
    }

    public int getNumBoxes() {
        return numBoxes;
    }

    public int[] getBoxPosition(int i) {
        return new int[] { 
                boxRows[i],
                boxCols[i]
        };
    }
    
    public void setBoxPosition(int i, int r, int c) {
        boxRows[i] = r;
        boxCols[i] = c;
    }

    public boolean hasPlayerAt(int r, int c) {
        return (playerRow == r) && (playerCol == c);
    }
    
    public boolean hasBoxAt(int r, int c) {
        return false;
    }
    
    public boolean hasExitAt(int r, int c) {
        return false;
    }
    
    public String toString() {
        return "";
    }
}

GameBoardTest.java

package sokoban;

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

public class GameBoardTest {

    static String smallBoardMap[] = {
        " #####",
        "#*O.A#",
        "#...O#",
        "##..*#",
        " #####"
    };
    private GameBoard smallBoard;

    @Before
    public void setUp() {
        smallBoard = new GameBoard(smallBoardMap);
    }
    
    @Test
    public void testLoadBoardProperties() {
        assertEquals(5, smallBoard.getHeight());
        assertEquals(6, smallBoard.getWidth());
    }

    @Test
    public void testLoadBoardPlayerPosition() {
        assertEquals(1, smallBoard.getPlayerRow());
        assertEquals(4, smallBoard.getPlayerCol());
    }
    
    @Test
    public void testLoadBoardNumBoxes() {
        assertEquals(2, smallBoard.getNumBoxes());
    }

    @Test
    public void testLoadBoardBoxPositions() {
        assertArrayEquals(new int[] {1, 2}, smallBoard.getBoxPosition(0));
        assertArrayEquals(new int[] {2, 4}, smallBoard.getBoxPosition(1));
    }    
    
    @Test
    public void testPlayerPositionCheck() {
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(0,0));
        assertTrue(smallBoard.hasPlayerAt(1,4));
    }
    
    @Test
    public void testPlayerPositionCheckAfterChange() {
        smallBoard.setPlayerPosition(2, 3);
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(1,4));
        assertTrue(smallBoard.hasPlayerAt(2, 3));
    }
}

กระดานเกมทั่วไป และการแสดงผล

คลาส GameBoard มีเมท็อดทั่วไปต่าง ๆ ให้ใช้ในการโหลดตารางเกมและอ่านข้อมูลพื้นฐาน

พิจารณาการเก็บข้อมูลใน GameBoard จากโค้ดตั้งต้น จะมีการเก็บข้อมูลดังนี้

• ข้อมูลตารางเกมพื้นฐาน (ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างเล่น) จะเก็บในอาร์เรย์ baseBoard ที่เก็บตารางเป็นสตริงทีละแถว สตริงจะประกอบด้วย '#' แทนกำแพง '.' แทนทางเดินในห้อง และ '*' แทนจุดเป้าหมาย (เรียกว่า exit)
• ตำแหน่งในตารางเกมจะเก็บเป็น row, column โดยเริ่มนับจาก 0 (แถวแรกคือแถวที่ 0, คอลัมน์แรกคือคอลัมน์ที่ 0)
• ตำแหน่งผู้เล่น เก็บใน playerRow และ playerCol
• จำนวนกล่อง เก็บใน numBoxes
• ตำแหน่งของกล่อง เก็บเป็นอาเรย์ boxRows และ boxCols โดยกล่องที่ i อยู่ที่แถว boxRows[i] และคอลัมน์ boxCols[i]

คลาสที่ให้มาขาดเมท็อดที่จำเป็นอีกหลายอย่าง ในส่วนนี้เราจะเขียนเมท็อดสำหรับตรวจสอบว่าในช่องที่ระบุมีกล่องอยู่หรือไม่ และในช่องที่ระบุมีทางออกอยู่หรือไม่ จากนั้นเราจะเขียนเมท็อด toString เพื่อเตรียมไว้สำหรับพิมพ์ตารางเกมออกทางหน้าจอ

การตรวจสอบตำแหน่งผู้เล่นที่ยืดหยุ่นมากขึ้น

เราต้องการเมท็อด hasPlayerAt ทำงานได้แม้ว่าจะมีการส่งค่าที่ผิดพลาด เช่น ส่งออกนอกขอบเขตเป็นต้น ดังนั้น เราจะปรับปรุงโค้ดโดยเริ่มจากการเพิ่มเทสเคส

    @Test
    public void testPlayerPositionCheckOutside() {
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(-10, 1));
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(1, -10));
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(1, 100));
        assertFalse(smallBoard.hasPlayerAt(100, 1));
    }

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเมท็อดเราเขียนโดยไม่ได้สนใจขนาดของตารางอยู่แล้ว เทสนี้จึงผ่านโดยไม่ต้องแก้โค้ดอะไรเลย

ตรงนี้เป็นจุดที่ดีที่ควรจะ commit อาจจะใส่ commit message เพื่อระบุว่ามีการเพิ่มเทสตรวจสอบตำแหน่งผู้เล่นที่อยู่นอกตาราง

ตรวจสอบทางออก

เราจะเขียนเมท็อด hasExitAt (ในโค้ดคืน false ตลอด)

เพิ่มเทสเคสนี้ลงใน GameBoardTest

    @Test
    public void testExitPositionCheck() {
        assertFalse(smallBoard.hasExitAt(0, 0));
    }

จากนั้นให้ทดลองสั่งให้ unit test ทำงาน จะพบว่า test ผ่านหมด (เพราะว่าเมท็อดที่เราเขียนคืน false หมด)

ให้เพิ่มการ assert เพิ่มเติมให้มีกรณีที่คืนค่าเป็น true และรัน unit test ใหม่ ควรจะเห็นผลเป็น red จากนั้นให้กลับไปแก้เมท็อด hasExitAt ให้เทสผ่าน

ให้ใส่กรณีเพิ่มเติมที่ต้องการทดสอบอีก 1-2 กรณี เช่นตรวจสอบในส่วนที่เป็นกำแพง

เราต้องการให้เมท็อดนี้ทำงานได้แม้กระทั่งมีการถามที่ออกนอกขอบเขต ดังนั้นเราจะเพิ่มเทส

    @Test
    public void testExitPositionCheckOutsideBoard() {
        assertFalse(smallBoard.hasExitAt(-10, -1));
        assertFalse(smallBoard.hasExitAt(100, 1));
        assertFalse(smallBoard.hasExitAt(1, 500));
    }

ทดลองรันเทส และแก้ให้ผ่านเทส

ตรงนี้เป็นจุดที่ดีที่ควรจะ commit

ตรวจสอบตำแหน่งกล่อง

เราจะเขียนเมท็อด hasBoxAt (ตอนนี้ในโค้ดคืน false ตลอด) เมท็อดนี้จะคืนค่า true ถ้าที่แถว r คอลัมน์ c มีกล่องอยู่

ให้เริ่มโดยเพิ่มเทสเคสของเมท็อดนี้ใน GameBoardTest จากนั้นแก้เมท็อด hasBoxAt ให้ผ่านเทส จากนั้นทยอยเพิ่มเทสจนคิดว่าเทสเคสครอบคลุม

ถึงตรงนี้ก็ควร commit อีกสักที

เมท็อด toString

ให้เพิ่มเทสเคสนี้ลงใน GameBoardTest

    @Test
    public void testToStringWithInitialPositions() {
        assertEquals(		
                " #####\n"+
                "#*O.A#\n"+
                "#...O#\n"+
                "##..*#\n"+
                " #####\n",
                smallBoard.toString());
    }

จากนั้นเขียนเมท็อด toString() ใน GameBoard เมท็อดนี้จะสร้างสตริงที่เป็นรูปกระดานเกมตามสถานะของเกมที่เป็นอยู่

เทสเคส testToStringWithInitialPositions จะเป็นตัวอย่างทดสอบของสถานะเกมเมื่อเริ่มต้น

ให้เพิ่มเทสเคสอื่น ๆ และทยอยแก้เมท็อด toString ให้ทำงานผ่านเทสเคสเหล่านั้น ยกตัวอย่างเช่น เพิ่มกรณีที่ผู้เล่นเปลี่ยนตำแหน่ง (สั่ง setPlayerPosition) หรือกรณีที่มีการเปลี่ยนตำแหน่งของกล่อง (ผ่านทางเมท็อด setBoxPosition) เป็นต้น

ทำจนเหนื่อย ก็อย่าลืม commit ด้วย!

การขยับ (แบบไม่ดันกล่อง)

ในส่วนนี้ เราจะเขียนโค้ดส่วนที่ตรวจสอบว่าตัวละครสามารถเดินไปในทิศทางต่าง ๆ ได้หรือไม่ และบังคับให้ตัวละครเดินไปในทิศทางต่าง ๆ เหล่านั้น

เราจะสร้างคลาส BoardGameMovementTest เพื่อเก็บเทสเคสของส่วนนี้ เราสร้างคลาสแยกออกมาเพราะไม่ต้องการเก็บทุกอย่างรวมอยู่ใน BoardGameTest

เมท็อดที่เราจะเขียนคือ

• boolean canPlayerMove(Direction dir)
• void movePlayer(Direction dir)

เนื่องจากเราต้องใช้ทิศทางในโปรแกรม เราจะสร้างชนิดข้อมูลแบบ Direction ขึ้นมา (เป็นชนิดข้อมูลแบบ enum) เพื่อให้เราเขียนได้สะดวกและชัดเจนขึ้น (แทนที่จะใช้ 1 แทนขึ้นบน 2 แทนไปทางขวา เป็นต้น)

เราจะเพิ่ม enum Direction เข้าไปในคลาส GameBoard เราจะแสดงวิธีใช้ตามตัวอย่างต่อไป

public class GameBoard {
    // ...
    public enum Direction {
        UP, RIGHT, DOWN, LEFT
    }
    // ...
}