Python/UML Übungsaufgabe: eine erstes Pacman-Inkrement

https://oer-informatik.de/python_pygame_oop-pacman

tl/dr; (ca. 90 min Bearbeitungszeit): Im Rahmen der Übungsaufgaben soll ein erstes Inkrement eines vereinfachten Pacman-Spiels mit Python objektorientiert entworfen und implementiert werden. Ausgeblendete Beispielantworten mit Links sind gegeben.

Entwurf eines stark vereinfachten Pacman-Spiels

Es soll ein vereinfachtes Pacman-Spiel entworfen und entwickelt werden. Die Anforderungen sind in folgenden Stichpunkten umrissen:

• Das Spielfeld ist ein Rechteck. Das bei Pacman übliche Labyrinth wird zunächst nicht umgesetzt. Auf dem Spielfeld sind in regelmäßigem Abstand Punkte verteilt. Diese Punkte müssen durch den Spieler (“Pacman”) gefressen werden.

• Pacman selbst wird als einfacher Kreis dargestellt. Er kann sich per Tastatureingabe nach oben, unten, rechts und links bewegen.

• Auf allen Koordinaten, auf denen Pacman war, sind die Punkte “aufgegessen” und werden nicht mehr angezeigt.

• Ziel des Spiels in der ersten Iteration ist es, möglichst schnell alle Punkte zu essen.

Der Quelltext wurde bereits vorbereitet und findet sich hier(link). Dieser Quelltext ist Grundlage der folgenden Aufgaben.

UML-Diagramm entwerfen

Ergänze anhand des oben verlinkten Quelltextes die Klasse “Pacman” mit allen dort genannten Details in dem folgenden UML-Diagramm. Eine Beziehung zwischen “Pacman” und “Background” muss nicht eingezeichnet werden.

Antwort ein/ausblenden

Die Beziehung zwischen Background und Pacman muss nicht dargestellt werden, sondern nur die Klasse Pacman.

Zum Nachlesen finden sich Infos zum UML-Klassendiagramm in diesem Artikel.

Fragen zur Objektorientierung

1. Das Spiel wurde mit den zwei Klassen (Pacman und Background) realisiert. Wie bezeichnet man die Objektbeziehung, die zwischen der Instanz von Pacman und der Instanz von Background existiert? Begründen Sie ihre Wahl anhand des Quelltextes! Antwort ein/ausblenden

class Background:
    def setup(self):
        self.__pacman = Pacman(step = self.__dot_size)  

2. Wofür steht das “+” in dem obigen UML-Klassendiagramm bei der Methode setup()? (Name der Eigenschaft und Erklärung) Antwort ein/ausblenden

3. Wofür steht das “-” in dem obigen UML-Klassendiagramm bei dem Attribut dot_size? (Name der Eigenschaft und Erklärung) Antwort ein/ausblenden

4. Worin unterscheiden sich Assoziationen von Aggregationen und Kompositionen in der Objektorientierten Programmierung (OOP)? Grenzen Sie die Begriffe voneinander ab und nennen Sie die Notation im UML-Diagramm!

Assoziation: Antwort ein/ausblenden

Aggregation: Antwort ein/ausblenden

Komposition: Antwort ein/ausblenden

5. Wie nennt man die Methode __init__(), was ist ihre Aufgabe und was sind ihre Eigenschaften? Antwort ein/ausblenden

6. Was versteht man in der Objektorientierung unter “Kapselung” und was sind die Vorteile dieses Prinzips?Antwort ein/ausblenden

7. Warum ist Kapselung in Python nicht leicht umzusetzen? Antwort ein/ausblenden

8. Aus welchen Gründen haben sich die Erfinder von Python dagegen entschieden, Sichtbarkeitsmodifizierer in ihre Sprache zu integrieren? Antwort ein/ausblenden

Implementierung einer Methode

Es soll eine weitere Klasse erstellt werden: in Pacman gibt es Geister, die sich auf den Pacman zubewegen.

Implementiere anhand der Klasse Ghost (siehe UML-Diagramm oben) die Methode move(), die als Parameter den Pacman übergeben bekommt. In der Methode move() soll sich der Geist eine halbe Einheit nach oben bewegen, wenn Pacman sich oberhalb des Geistes befindet, nach unten, wenn er unterhalb ist, nach rechts, wenn er rechts des Geistes ist und nach links, wenn er sich links befindet. Die Bewegung wird durch Anpassung der Koordinaten x_position und y_position umgesetzt. Antwort ein/ausblenden

    def move(self, pacman):
        if (self.__y_position > pacman.y_position):
            self.__y_position += -1
        if (self.__y_position < pacman.y_position):
            self.__y_position += +1
        if (self.__x_position > pacman.x_position):
            self.__x_position += -1
        if (self.__x_position < pacman.x_position):
            self.__x_position += +1

Implementierung einer Superklasse

1. Pacman und die Geister haben eine Menge Gemeinsamkeiten. Entwerfen Sie ein UML-Klassendiagramm, in dem die gemeinsamen Superklasse Figure mit ihren Attributen und Methoden steht sowie die beiden Klassen Pacman und Ghost (bei beiden müssen keine Methoden/Attribute genannt werden). Ergänzen Sie die Beziehungen zwischen den Klassen. Antwort ein/ausblenden

(Zur Beantwortung der Frage langt die Klasse Figure sowie die Klassen Pacman und Ghost, diese jedoch ohne Attribut.)

Zum Nachlesen finden sich Infos zur Vererbung in UML und Python hier.

2. Wie müssen die Attribute der Superklasse im UML-Klassendiagramm angelegt werden, damit Pacman und Ghost direkt auf diese zugreifen können? Antwort ein/ausblenden

3. Erstellen Sie den Klassenrumpf und den Konstruktor von Ghost in Python. Antwort ein/ausblenden

class Ghost(Figure):
    def __init__():
        super().__init__()

Pygame Framework

Erstellen Sie für das Hauptprogramm (die Game-Loop) einen Programm-Ablaufplan (PAP). Es sollen nur die Aufrufe des Hauptprogramms dargestellt werden – Vorgänge im inneren der Objekte müssen nicht dargestellt werden. Antwort ein/ausblenden

Listen mit Python

Es sollen Listenoperationen vorgenommen werden. Als Hilfe dient das folgende UML-Klassendiagramm

1. Erstellen Sie mit einem Python Befehl eine neue leere Liste namens ghostnames: Antwort ein/ausblenden

ghostnames = []

2. Weisen Sie der Liste in einem Befehl die Geisternamen “Blinky”, “Stinki”, “Ponky” und “Inky” zu.Antwort ein/ausblenden

ghostnames = ["Blanky", "Stinki", "Ponky", "Inky"]

3. Fügen Sie mit einem Python Befehl “Clyde” hinten an die Liste an.Antwort ein/ausblenden

ghostnames.append("Clyde")

4. Löschen Sie mit einem Python Befehl das Element mit dem Index 1! Antwort ein/ausblenden

ghostnames.pop(1)

5. Fügen Sie mit einem Python Befehl an die 2. Stelle “Pinky” an! Antwort ein/ausblenden

ghostnames.insert(1, "Pinky")

6. Löschen Sie das Element mit dem Inhalt “Ponky” aus der Liste! Antwort ein/ausblenden

ghostnames.remove("Ponky")

6. Ändern Sie den Namen des ersten Elements (“Blanky”) zu “Blinky”! Antwort ein/ausblenden

ghostnames[0] = "Blinky"

7. Geben Sie mit einem Python Befehl den Inhalt der Liste aus! Antwort ein/ausblenden

print(ghostnames)

7. Welchen Inhalt hat die Liste jetzt?Antwort ein/ausblenden

["Blinky", "Pinky", "Inky", "Clyde"]

Links und weiter Informationen

• Sehr lesenswert hierzu sind die Beiträge in Jörg Kantels Blog Schockwellenreiter, der in der Objektorientierung noch einen Schritt weiter geht, und auch die Oberfläche selbst zum Objekt macht (und andere interessante Artikel hat)

• Die Website vom Framework PyGame

Quellen und offene Ressourcen (OER)

Die Ursprungstexte (als Markdown), Grafiken und zugrunde liegende Diagrammquelltexte finden sich (soweit möglich in weiterbearbeitbarer Form) in folgendem git-Repository:

https://gitlab.com/oer-informatik/python-basics/erste-schritte-mit-python

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