探索Greenfoot：图形编程之旅

# 探索 Greenfoot：图形编程之旅 ## 1. 开启 Greenfoot 之旅 Greenfoot 为我们提供了一个使用 Java 语言进行图形编程的环境，能让我们轻松开发模拟程序和游戏。通过 Greenfoot，既能学习编程知识，又能享受编程的乐趣。它以实践为导向，让我们从解决实际问题出发，逐步掌握编程技能。 ### 1.1 开始使用 要开启 Greenfoot 的学习，首先需完成软件和场景的安装。之后，启动 Greenfoot 并打开 `leaves-and-wombats` 场景，操作步骤如下： 1. 启动 Greenfoot 软件。 2. 从菜单中选择 `Scenario–Open` 来打开 `leaves-and-wombats` 场景。 打开场景后，我们会看到 Greenfoot 主窗口，它主要由以下几个区域组成： |区域名称|描述| | ---- | ---- | |世界|占据屏幕大部分的沙色网格区域，程序在此运行，我们能看到各种变化。| |类图|窗口右侧的米色方框和箭头区域，展示了场景中涉及的类。| |执行控制|窗口底部的 `Act`、`Run`、`Reset` 按钮和速度滑块，用于控制程序的执行。| ### 1.2 对象与类 在 Java 这种面向对象的编程语言中，类和对象是核心概念。以 `Wombat` 类为例，它代表了所有袋熊的通用概念。在 Greenfoot 中，我们可以基于类创建对象（也称为实例）。创建袋熊对象的步骤如下： 1. 右键点击 `Wombat` 类（在 Mac OS 上，若使用单按钮鼠标，使用 `ctrl-click`），弹出类菜单。 2. 选择 `new Wombat()` 选项，会出现一个袋熊对象的小图标。 3. 用鼠标拖动该图标到世界区域，点击放置袋熊对象。 完成上述操作后，我们可以创建多个袋熊和树叶对象，具体操作可参考以下流程图： ```mermaid graph LR A[启动 Greenfoot 并打开场景] --> B[右键点击 Wombat 类] B --> C[选择 new Wombat()] C --> D[拖动袋熊图标到世界区域] D --> E[点击放置袋熊] E --> F[重复操作创建更多袋熊] F --> G[右键点击 Leaf 类] G --> H[选择 new Leaf()] H --> I[拖动树叶图标到世界区域] I --> J[点击放置树叶] ``` ### 1.3 与对象交互 将对象放置到世界中后，我们可以通过右键点击对象与它们交互。右键点击对象会弹出对象菜单，菜单中显示了该对象可以执行的操作，在 Java 中这些操作被称为方法。我们可以从菜单中选择方法来调用它。例如，对袋熊对象调用 `move()` 和 `turnLeft()` 方法的步骤如下： 1. 右键点击一个袋熊对象，弹出对象菜单。 2. 选择 `move()` 方法，观察袋熊的移动。 3. 多次选择 `move()` 方法，查看不同效果。 4. 选择 `turnLeft()` 方法，让袋熊向左转向。 通过上述操作，我们可以发现对象的方法可以让对象执行各种动作，这就是与对象交互的基本方式。 ### 1.4 返回类型 在对象菜单中，方法的描述包含了返回类型、方法名和参数列表。返回类型位于方法名之前，它告诉我们调用该方法后会返回什么类型的数据。`void` 表示方法不返回任何信息，只是执行相应的动作。而其他类型，如 `int`（整数）和 `boolean`（布尔值），表示方法会返回对应类型的数据。 例如，`void move()` 和 `void turnLeft()` 方法的返回类型为 `void`，它们只是让袋熊执行移动和转向的动作。而 `boolean canMove()` 方法返回一个布尔值，用于判断袋熊是否可以移动。我们可以通过以下步骤测试这些方法： 1. 右键点击一个袋熊对象，弹出对象菜单。 2. 选择 `canMove()` 方法，查看返回结果。 3. 多次尝试，观察在不同情况下的返回值。 4. 选择 `int getLeavesEaten()` 方法，获取袋熊吃掉的树叶数量。 通过对这些方法的调用，我们可以更深入地理解返回类型的概念，以及不同返回类型的方法的作用。 ### 1.5 参数 方法名后面的括号内包含了参数列表，它告诉我们方法运行是否需要额外的信息，以及需要什么样的信息。如果括号内为空，则方法不需要参数；如果有内容，则需要提供相应的参数。 以 `setDirection(int direction)` 方法为例，它需要一个 `int` 类型的参数来指定方向。调用该方法的步骤如下： 1. 右键点击一个袋熊对象，弹出对象菜单。 2. 选择 `setDirection(int direction)` 方法。 3. 在弹出的对话框中输入一个整数值作为参数。 4. 点击确定，观察袋熊的方向变化。 在输入参数时，需要注意参数的类型和取值范围。例如，`setDirection` 方法的参数应在 0 到 3 之间。如果输入的值超出范围或不是整数，可能会导致不同的结果。我们可以通过以下表格总结不同输入的情况： |输入情况|结果| | ---- | ---- | |输入 0 - 3 之间的整数|袋熊转向相应方向| |输入大于 3 的整数|可能出现异常或不符合预期的结果| |输入小数或单词|可能导致输入错误| 方法的返回类型、方法名和参数列表共同构成了方法签名，它完整地描述了一个方法。通过理解方法签名，我们可以准确地调用方法并获取所需的结果。 ### 1.6 Greenfoot 执行 除了通过对象菜单与 Greenfoot 对象交互外，还可以使用执行控制来与对象交互。`act` 方法是 Greenfoot 对象的一个非常基础的方法，所有在 Greenfoot 世界中的对象都有这个方法。调用 `act` 方法本质上是给对象下达“现在做你想做的事”的指令。 对于袋熊对象，`act` 方法的执行逻辑如下： 1. 如果袋熊坐在树叶上，就吃掉树叶。 2. 否则，如果袋熊可以向前移动，就向前移动。 3. 否则，袋熊向左转向。 执行控制中的按钮功能如下： - **Act 按钮**：点击 `Act` 按钮会调用世界中所有对象的 `act` 方法。这与通过对象菜单调用单个对象的 `act` 方法不同，`Act` 按钮会影响世界中的所有对象。 - **Run 按钮**：点击 `Run` 按钮会不断地调用所有对象的 `act` 方法，直到点击 `Pause` 按钮停止。 以下是一些相关的练习及操作步骤： - **练习 1.6**： 1. 在世界中放置一个袋熊和大量树叶。 2. 多次调用袋熊的 `act()` 方法。 3. 尝试不同的情况，如袋熊面向世界边缘或坐在树叶上，观察 `act` 方法与 `move` 方法的区别。 - **练习 1.7**： 1. 在世界中保持有袋熊和一些树叶。 2. 点击 Greenfoot 窗口底部执行控制区域的 `Act` 按钮，观察其效果。 - **练习 1.8**： 1. 在世界中放置多个袋熊。 2. 分别通过点击 `Act` 按钮和调用单个袋熊的 `act()` 方法，比较两者的区别。 - **练习 1.9**：点击 `Run` 按钮，观察程序的运行情况。 可以通过以下流程图来总结执行控制的操作流程： ```mermaid graph LR A[打开 Greenfoot 场景] --> B[放置对象到世界中] B --> C[点击 Act 按钮] C --> D{是否继续执行} D -- 是 --> C D -- 否 --> E[点击 Run 按钮] E --> F{是否暂停} F -- 否 --> E F -- 是 --> G[点击 Pause 按钮] ``` ### 1.7 第二个示例 打开名为 `asteroids1` 的场景，该场景可以从特定文件夹中找到。打开步骤如下： 1. 启动 Greenfoot。 2. 从相应的场景文件夹中选择并打开 `asteroids1` 场景。 打开后，我们可以对这个场景进行进一步的探索和操作。 ### 1.8 理解类图 类图展示了场景中涉及的类及其关系。在类图中，`World` 类是所有 Greenfoot 场景中都存在的内置类。而在它下面的类，如 `Space` 类，代表了该特定场景的具体世界。每个场景都有一个特定的世界类，其名称可能不同。 类图中用箭头表示子类关系，子类是另一个类的特殊化。例如，`Space` 类是 `World` 类的子类，这意味着 `Space` 类继承了 `World` 类的某些特性，并可以有自己独特的属性和方法。 通过对类图的理解，我们可以更好地掌握场景中类的结构和关系，从而更有效地进行编程和开发。 综上所述，通过以上对 Greenfoot 的学习，我们了解了如何使用 Greenfoot 进行图形编程，包括创建对象、与对象交互、理解方法的返回类型和参数，以及使用执行控制等。同时，通过实际的示例和练习，我们可以更深入地掌握这些知识和技能。在后续的学习和实践中，我们可以利用这些基础，开发出更复杂和有趣的程序和游戏。以下是一个总结表格，概括了我们学习的主要内容： |知识点|描述| | ---- | ---- | |对象与类|基于类创建对象，可创建多个对象| |与对象交互|通过右键点击对象弹出菜单调用方法| |返回类型|`void` 表示无返回值，其他类型表示返回对应数据| |参数|方法运行可能需要的额外信息，有类型和取值范围要求| |执行控制|`Act` 按钮调用所有对象 `act` 方法，`Run` 按钮持续调用直到 `Pause`| |类图|展示类及其关系，用箭头表示子类关系|