第 6 章：OOP 与 Pong 的 Bat 类

从“谁负责保证球拍不出界”开始

Timber 项目主要把状态放在 main 附近。Pong 开始引入

面向对象编程。 它不是“所有东西都继承一个基类”，本章也不需要多态；第一个目标只是让球拍对象自己负责位置、速度、方向和形状同步。

如果主循环直接写球拍的 x、速度和 RectangleShape，任何调用点都可能忘记边界。把状态设为 private，只允许经命名操作修改，就能把“球拍始终位于场内”集中在一个更新函数中。

类与对象：类型定义和运行实例

类 是类型定义； 对象 是具体值。两个 Bat 对象可共享同一类定义，却各有不同位置与方向。

class Bat {
public:
    Bat(sf::Vector2f startPosition, sf::Vector2f size, float speed);
 
    void moveLeft();
    void moveRight();
    void stop();
    void update(float dt, float arenaWidth);
 
    [[nodiscard]] const sf::RectangleShape& shape() const noexcept;
 
private:
    sf::Vector2f position_;
    float speed_;
    int direction_{0};
    sf::RectangleShape shape_;
};

类声明是调用契约，定义可放进 .cpp。成员名后缀只是项目约定。[[nodiscard]] 提醒调用者别无意忽略查询结果，noexcept 表达简单访问不抛异常；若课程工具链不启用这些现代标注，核心所有权与 const 语义不变。

public、private 与封装

public 接口 表达“向左、向右、停止、更新、取得形状”。 private 状态 保存位置、速度、方向和形状。

封装 的收益不是少看几行代码，而是减少能制造非法状态的入口。若 speed_ 公开，外部可写负数；若 shape_ 可修改引用暴露，外部可移动形状却不更新 position_，两套状态分叉。

本章不使用 protected、继承或虚析构。它们属于后续 Run 项目的高级 OOP；提前引入会掩盖更基础的问题：单个对象是否有清晰职责、是否可独立测试。

构造函数：一次建立可用 Bat

构造函数 应让返回的对象已经可用。成员按类中声明顺序初始化，不按初始化列表书写顺序；列表最好与声明顺序一致，避免依赖尚未初始化成员。

#include <algorithm>
#include <stdexcept>
 
Bat::Bat(sf::Vector2f startPosition, sf::Vector2f size, float speed)
    : position_{startPosition}, speed_{speed}, shape_{size}
{
    if (size.x <= 0.0F || size.y <= 0.0F || speed < 0.0F)
        throw std::invalid_argument{"Bat requires positive size and nonnegative speed"};
 
    shape_.setPosition(position_);
    shape_.setFillColor(sf::Color::White);
}

构造失败抛异常，主程序可在初始化边界捕获并报告。也可用工厂返回错误状态，但不能悄悄把非法参数改成任意默认值。RectangleShape 自己拥有几何与颜色，不借用纹理，因此 Bat 没有额外资源所有权问题。

类不变量 在构造后成立，move/update/stop 都要保持。

命令接口：用一个方向消除矛盾布尔值

movingLeft 和 movingRight 两个 bool 可以同时为真，需要额外优先级。类内部用 direction_ 的 -1、0、1 表示左、停、右，公开方法仍以游戏语言命名。

void Bat::moveLeft()
{
    direction_ = -1;
}
 
void Bat::moveRight()
{
    direction_ = 1;
}
 
void Bat::stop()
{
    direction_ = 0;
}

命令方法 不立即积分位置，只设置本帧意图；update 统一消费 dt。这样按键处理次数不会直接决定移动距离。

若左右键同时按下，主循环要决定互相抵消、最后按下优先或固定优先。示例选择抵消并调用 stop，规则可以用输入组合测试。

update：积分、钳制与同步

更新方法 接收 dt 和场地宽度。Bat 知道自身宽度，调用者无需重复右边界公式。

void Bat::update(float dt, float arenaWidth)
{
    const float maxX{std::max(0.0F, arenaWidth - shape_.getSize().x)};
    position_.x += static_cast<float>(direction_) * speed_ * dt;
    position_.x = std::clamp(position_.x, 0.0F, maxX);
    shape_.setPosition(position_);
}

如果窗口比球拍还窄，maxX 先钳到零，避免给 std::clamp 传下界大于上界的无效范围。dt 由主循环统一采样并限幅；类不负责读全局时钟，否则多个对象无法共享同一帧时间。

边界钳制 按整个包围盒处理，不能只限制左上点到 arenaWidth，否则右半球拍仍会出界。

const 查询：允许绘制但不允许绕过类

const sf::RectangleShape& Bat::shape() const noexcept
{
    return shape_;
}

const 成员函数 让 window.draw(bat.shape()) 可用，同时返回 const 引用避免复制和外部修改。引用只在 Bat 存活期间有效，调用者不能保存到对象销毁之后。

另一设计让 Bat 提供 draw(RenderTarget&)，封装更强但把渲染依赖带进类。当前书籍风格使用形状查询足够，关键是统一选择，避免一半由 Bat 绘制、一半由 main 访问内部。

创建 Pong 项目与 main 函数

Pong 项目 复用第 1 章构建与窗口经验，但使用独立资源目录和目标。当前垂直切片只验收窗口、Bat 构造、持续输入、更新和绘制。

main 函数 是协调者，不应重新实现 Bat 边界。

sf::RenderWindow window{sf::VideoMode{1280, 720}, "Pong"};
Bat bat{{540.0F, 660.0F}, {200.0F, 20.0F}, 500.0F};
sf::Clock frameClock;
 
while (window.isOpen()) {
    const float dt{std::min(frameClock.restart().asSeconds(), 0.05F)};
 
    while (window.pollEvent(event))
        if (event.type == sf::Event::Closed)
            window.close();
 
    const bool left{sf::Keyboard::isKeyPressed(sf::Keyboard::Left)};
    const bool right{sf::Keyboard::isKeyPressed(sf::Keyboard::Right)};
    if (left == right)
        bat.stop();
    else if (left)
        bat.moveLeft();
    else
        bat.moveRight();
 
    bat.update(dt, static_cast<float>(window.getSize().x));
 
    window.clear(sf::Color::Black);
    window.draw(bat.shape());
    window.display();
}

关闭事件后可再次检查 window.isOpen() 再更新绘制，与第 1 章保持一致。窗口 resize 时，场宽来自当前尺寸，但 View 映射策略也要同步；若使用固定逻辑分辨率，应传逻辑场宽而非像素宽。

文件边界与编译依赖

Bat.hpp 声明类，Bat.cpp 定义成员，main.cpp 只包含公开头。头文件使用 include guard 或 #pragma once；能前置声明的类型可减少依赖，但按值成员 sf::RectangleShape 需要完整定义。

类成员改变会重新编译包含头的文件，这是值成员和内联接口的成本。当前项目规模小，先保持结构清楚；不要为了“解耦”立即引入裸指针和动态分配。

Bat 的成员都是值对象，编译器生成的复制操作会复制位置、方向和 RectangleShape，得到两个随后独立更新的球拍。若游戏只允许一个球拍，可在拥有它的 Game 层限制数量；不要依赖对象内存地址作为稳定身份，因为容器移动或对象复制会改变地址。未来类拥有独占资源时，再显式设计复制、移动或禁止复制，而不是机械添加析构函数。

构建目标要同时加入 Bat.cpp。只写头声明却漏掉实现文件，会在链接时出现未定义引用；这与 SFML 库漏链类似，但符号来自自己的类。

验证对象边界

不打开窗口也能测试大部分 Bat：构造在 x=10、宽=100、场宽=300，向左更新足够长时间后 x 应为 0；向右后最大为 200；stop 后位置不变；负速度或非正尺寸构造失败。不同 dt 分片的总时间相同，最终位置在未碰边界前应近似一致。

渲染集成再验证 shape 位置始终与逻辑一致、按住移动、松开停止、左右同按按规则停止。窗口缩小到小于球拍宽时，球拍固定在 x=0 而不是触发无效 clamp。

先预测：若 shape() 返回非常量引用，调用者把 shape 向右移动 50，但 position_ 不变，下一次 update 会发生什么？update 会用旧逻辑位置覆盖形状，出现瞬移；这正是 public 接口不应暴露可修改表示的原因。

小结

• 本章 OOP 只解决 Pong Bat 的对象边界，不提前引入继承、多态和虚析构
• 类定义类型，对象拥有实例状态；public 是意图接口，private 保存表示并维护不变量
• 构造函数用初始化列表一次建立可用对象，非法尺寸或速度在边界失败
• moveLeft/moveRight/stop 设置方向，update 统一使用 dt 积分、钳制整个球拍并同步形状
• const 查询允许绘制但阻止外部绕过类修改 Shape，引用生命周期受 Bat 对象约束
• main 管窗口和阶段顺序，Bat 管自身状态；左右边界、松键和窄窗口都要测试