Schrittweise Verfeinerung

Mag. iur. Dr. techn. Michael Sonntag
Softwareentwicklung
Schrittweise Verfeinerung, Programmieren üben:
Tic-Tac-Toe in Raten
E-Mail: sonntag@fim.uni-linz.ac.at
http://www.fim.uni-linz.ac.at/staff/sonntag.htm
Institut für Informationsverarbeitung und
Mikroprozessortechnik (FIM)
Johannes Kepler Universität Linz, Österreich
© Michael Sonntag 2004

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Fragen?
Bitte gleich stellen!
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© Michael Sonntag 2004

Schrittweise Verfeinerung
• Größere Programme sind nicht auf einmal lösbar
Die Komplexität ist einfach zu hoch!
• Daher: Zerlegen in Teilaufgaben, diese dann wieder zerlegen, ....
• Bis die Teilaufgaben so klein sind, daß sie einfach
ausprogrammiert werden können
Typischerweise: Bis zu einzelnen Methoden herab (siehe später)
• Warum: Siehe Diagramm!
c
Komplexität

Schrittweise Verfeinerung
(Top-down)
1. Zerlegen der Gesamtaufgabe in Teilaufgaben
Diese müssen einfacher sein
Jeder Teil muß in sich abgeschlossen sein
» Mehr "Beziehungen" innerhalb als außerhalb
2. Implementieren der Gesamtaufgabe mittels der Teile
"Zusammensetzen der Puzzleteile"
Kontrolle, ob auch alles mittels der geplanten Teile realisiert
werden wird können
Eingeschränkter Test ev. bereits möglich (Prototyp)
3. Implementieren der Teilaufgaben
Entweder wieder verfeinern oder tatsächlich programmieren
4. Zusammenbau, Abschlußtest, Fehlerbehebung
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Schrittweise Verfeinerung
(Bottom-up)
• Die Schritte zwei und drei werden vertauscht
Also zuerst die Teilaufgaben implementieren
Und anschließend mit den fertigen Teilen durch Zusammenbauen
die Gesamtaufgabe lösen
• Beides ist möglich, je nach Vorliebe bzw. Eignung oder
Anforderungen auswählen!
Innerhalb von kleineren Teilen: Eher Bottom-up
Größere Gesamtprogramme und Aufteilung in Klassen oder
Methoden: Eher Top-down
• Bottom-up: Keine Vorkontrolle auf Vollständigkeit, daher muß die
Zerlegung sehr sorgfältig erfolgen. Dafür kann das Grundgerüst
einfacher erstellt werden, da z. B. die gesamten nötigen
Variablen für Schleifen, etc. dann schon genau bekannt sind
Michael Sonntag Schrittweise Verfeinerung 5

Tic Tac Toe (in Raten):
Das Spiel
O
O
X
O
X
O
X
X
X
X
X
X
O
O
X
O
X
X ... Spieler 1
O X
⇒ Spieler 2 gewinnt
O ... Spieler 2
O
X
Gewinnpositionen (Beispiele)
* * * *
*
*
*
*
*
Unentschieden
X X O
O X X
X O O
Michael Sonntag Schrittweise Verfeinerung 6

Schrittweise Verfeinerung
Beispiel Tic Tac Toe
1) Tic Tac Toe 2) Start
Spielen
3)
Begrüßung und
Hinweise (z. B.
Regeln) ausgeben
3)
Ende
Eingabe des nächsten Zugs
Prüfen der Eingabe
Hauptspielschleife
Zug bearbeiten
Ausgabe des
Gewinners und
Verabschiedung
Michael Sonntag Schrittweise Verfeinerung 7
3)
TicTacToeUI
Weiter verfeinern
Direkt implementieren

Schrittweise Verfeinerung
Beispiel Tic Tac Toe
4)
Solange kein Abbruch, kein
Gewinn und ein Zug möglich ist
N
Prüfen ob Zug erlaubt
Fehlermeldung
OK?
Zug durchführen
Spielfeld ausgeben
J
Gewonnen?
Eingabe nächster Zug
Prüfen der Eingabe
J
N
TicTacToePrint
TicTacToeWin
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Tic Tac Toe in Raten: Teil 1
Ausgabe des Spielfeldes
• Schreiben Sie ein Programm, das das Spielfeld des Tic Tac Toe-
Spiels (3x3 Felder) auf dem Bildschirm ausgibt. Hierbei sollen die
"Spielsteine" als Konstanten definiert werden
• In diesem Programm soll das Spielfeld statisch initialisiert werden
• Achten Sie auf eine ansprechende Ausgabe!
• Hinweis:
final static byte PLAYER_1=1;
final static byte PLAYER_2=PLAYER_1+1;
static byte[][] field={ ? ? ? };
final static ??? PLAYER_1_TOKEN= ???;
final static ??? PLAYER_2_TOKEN= ???;
TicTacToePrint.java
Michael Sonntag Schrittweise Verfeinerung 9

Tic Tac Toe in Raten: Teil 2
Gewinner-Feststellung
• Schreiben Sie ein Programm, das für das Tic Tac Toe-Spiel
feststellt, ob einer der Spieler gewonnen hat oder nicht
• Ein Gewinn ist durch drei gleiche Steine in einer Reihe, einer
Spalte oder einer Diagonale erkennbar
• Auch hier soll das Spielfeld statisch initialisiert werden
• Das Ergebnis soll in der Variable "win" vom Typ "byte"
gespeichert werden
• Ist keine Aussage möglich, soll die Antwort "Unentschieden" sein
• Verwenden Sie dieselben Definition wie im vorigen Programm
und überlegen Sie, ob Sie zusätzliche für den Inhalt der
Gewinnvariable benötigen!
TicTacToeWin.java
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Tic Tac Toe in Raten: Teil 3
Benutzerschnittstelle
• Schreiben Sie ein Programm, das die Benutzerführung für das
Tic Tac Toe Spiel durchführt. Dies beinhaltet:
Ausgabe einer Überschrift, welcher Spieler an der Reihe ist
Einlesen des nächsten Zuges
Mitzählen der Gesamtanzahl an Zügen
Umrechnen des Zuges in Koordinaten des Spielfelds (0..2,0..2)
Abbruch bei Eingabe einer falschen Koordinate oder von 0
• Wenn die Gesamtanzahl der Züge 9 ist, soll das Programm
beendet werden (Keine Ausgabe einer Meldung)
In diesem Fall keine neuen Koordinaten mehr einlesen!
• Verwenden Sie auch hier wieder dieselben Definitionen
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Tic Tac Toe in Raten: Teil 3
Benutzerschnittstelle
• Das Spielfeld wird hier nicht benötigt: Keine Züge durchführen,
ausgeben, auf Gewinn prüfen, etc.
• Die Koordinatieneingabe soll wie auf dem Ziffernblock eines
Telefones oder einer Tastatur erfolgen:
0
1
2
7 8 9
4 5 6
1 2 3
0 1 2
TicTacToeUI.java
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Tic Tac Toe in Raten: Teil 4
Zusammenbau
• Bauen Sie ihre vorherigen Programme zusammen, sodaß man
das Spiel Tic Tac Toe komplett spielen kann
Ganz außen: Benutzerschnittstelle
Innen einbauen:
» Prüfen ob Feld leer (wenn nein: Fehlermeldung und Neueingabe der
Koordinaten)
» Spielstein setzen
» Ausgeben des Spielfeldes (Programm!)
» Prüfen ob jemand gewonnen hat (Programm!)
Am Ende: Ergebnis ausgeben (Gewinn / Unentschieden)
• Achtung: Jetzt 4 Zustände (Spieler 1 hat gewonnen, Spieler 2 hat
gewonnen, unentschieden, Spiel läuft noch)!
TicTacToe.java
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