练习48.更复杂的用户输入

在以前的游戏中，你只是设置一些简单的预定义字符串作为用户输入处理，用户输入“run”，程序能正常运行，但是你输入“run fast”，程序就会运行失败。我们需要一个设备，它可以识别用户以各种方式输入的语汇。例如下面的机种表述都应该被支持才对：

  • open door
  • open the door
  • go THROUGH the door
  • punch bear
  • Punch The Bear in the FACE

也就是说，如果用户的输入和常用英语很接近也应该是可以的，而你的游戏要识别出它们的意思。为了达到这个目的，我们将写一个模块专门做这件事情。这个模组里边会有若干个类，它们互相配合，接受用户输入，并且将用户输入转换成你的游戏可以识别的命令。

英语的简单格式是这个样子的：

  • 单词由空格隔开。
  • 句子由单词组成。
  • 语法控制句子的含义。

以最好的开始方式是先搞定如何得到用户输入的词汇，并判断出它们是什么。

我们的游戏词典

我在游戏里创建了下面这些语汇：

  • 表示方向: north, south, east, west, down, up, left, right, back.
  • 动词: go, stop, kill, eat.
  • 修饰词: the, in, of, from, at, it
  • 名词: door, bear, princess, cabinet.
  • 数字: 由 0-9 构成的数字。

说到名词，我们会碰到一个小问题，那就是不一样的房间会用到不一样的一组名词，不过让我们先挑一小组出来写程序，以后再做改进。

如何断句

我们已经有了词汇表，为了分析句子的意思，接下来我们需要找到一个断句的方法。我们对于句子的定义是“空格隔开的单词”，所以只要这样就可以了：

stuff = raw_input('> ')
words = stuff.split()

目前做到这样就可以了，不过这招在相当一段时间内都不会有问题。

词汇元组

一旦我们知道了如何将句子转化成词汇列表，剩下的就是逐一检查这些词汇，看它们是什么类型。为了达到这个目的，我们将用到一个非常好使的 Python 数据结构，叫做”元组(tuple)”。元组其实就是一个不能修改的列表。创建它的方法和创建列表差不多，成员之间需要用逗号隔开，不过方括号要换成圆括号 ()：

first_word = ('verb', 'go')
second_word = ('direction', 'north')
third_word = ('direction', 'west')
sentence = [first_word, second_word, third_word]

这样我们就创建了一个(TYPE,WORD)组，让你识别出单词，并且对它执行指令。

这只是一个例子，不过最后做出来的样子也差不多。你接受用户输入，用 split将其分隔成单词列表，然后分析这些单词，识别它们的类型，最后重新组成一个句子。

扫描输入

现在你要写的是词汇扫描器。这个扫描器会将用户的输入字符串当做参数，然后返回由多个 (TOKEN, WORD) 组成的一个列表，这个列表实现类似句子的功能。如果一个单词不在预定的词汇表中，那它返回时 WORD 应该还在，但 TOKEN 应该设置成一个专门的错误标记。这个错误标记将告诉用户哪里出错了。

有趣的地方来了。我不会告诉你这些该怎样做，但我会写一个“单元测试(unit test)”，而你要把扫描器写出来，并保证单元测试能够正常通过。

异常和数字

有一件小事情我会先帮帮你，那就是数字转换。为了做到这一点，我们会作一点弊，使用“异常(exceptions)”来做。“异常”指的是你运行某个函数时得到的错误。你的函数在碰到错误时，就会“抛出(raise)”一个“异常”，然后你就要去处理(handle)这个异常。假如你在Python 里写了这些东西：

Python 2.7.1 (r271:86832, Jun 16 2011, 16:59:05) 
[GCC 4.2.1 (Based on Apple Inc. build 5658) (LLVM build 2335.15.00)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> int("hell")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'hell'

这个ValueError就是int()函数抛出的一个异常。因为你给int() 的参数不是一个数字。int()函数其实也可以返回一个值来告诉你它碰到了错误，不过由于它只能返回整数值，所以很难做到这一点。它不能返回 -1，因为这也是一个数字。int()没有纠结在它“究竟应该返回什么”上面，而是提出了一个叫做ValueError的异常，然后你只要处理这个异常就可以了。

处理异常的方法是使用try和except这两个关键字：

def convert_number(s):
    try:
        return int(s)
    except ValueError:
        return None

你把要试着运行的代码放到try的区段里，再将出错后要运行的代码放到 except区段里。在这里，我们要试着调用int() 去处理某个可能是数字的东西，如果中间出了错，我们就抓到这个错误，然后返回None。

在你写的扫描器里面，你应该使用这个函数来测试某个东西是不是数字。做完这个检查，你就可以声明这个单词是一个错误单词了。

测试第一的挑战

测试首先是一种编程策略，你先写一段自动化测试代码，假装代码是在正常运行的，然后你再写出代码保证测试代码能正常运行。这种方法用在当你不知道代码是如何运行，但又可以想象必须使用它的时候。比如说，如果你知道你需要在另一个模块中使用一个新类,但是你不太知道如何实现这个类，那么先写出测试程序。

我将给你一份测试代码，你需要写出代码，保证测试代码能正常工作。为了完成这个任务，你可以看看下面的流程：

  1. 创建一小部分我给你的测试代码
  2. 确保它运行失败,你知道测试实际上是确认功能的工作原理。
  3. 到你的源代码文件lexicon.py中，写出能使测试代码通过的代码
  4. 重复以上工作直到你实现测试中的所有点

当你做到3的时候，和其他编写代码的方法相结合也是很好的方法：

  1. 编写你需要的函数或类的基本框架
  2. 添加注释，解释说明这个函数是如何运行的
  3. 按照描述中的注释写代码
  4. 去掉注释

这种写代码的方法被称作“psuedo code”，用在你不知道该如何实现某些功能，但是会用自己的语言来描述这个功能的时候。

结合“test first”和“psuedo code”策略，我们得出一个编程的简易流程：

  1. 写一些运行失败的测试用例
  2. 写出测试要用的函数、方法、类的基本结构
  3. 用自己的语言填充这些框架，解释它们的功能
  4. 用代码替换注释，直到测试代码运行通过
  5. 重复

在这节练习中，你将通过运行我给你的测试程序逆向运行lexicon.py来实践这个方法。

　你应该测试的东西

这里是你要用到的测试文件：

from nose.tools import *
from ex48 import lexicon

def test_directions():
    assert_equal(lexicon.scan("north"), [('direction', 'north')])
    result = lexicon.scan("north south east")
    assert_equal(result, [('direction', 'north'),
                          ('direction', 'south'),
                          ('direction', 'east')])

def test_verbs():
    assert_equal(lexicon.scan("go"), [('verb', 'go')])
    result = lexicon.scan("go kill eat")
    assert_equal(result, [('verb', 'go'),
                          ('verb', 'kill'),
                          ('verb', 'eat')])

def test_stops():
    assert_equal(lexicon.scan("the"), [('stop', 'the')])
    result = lexicon.scan("the in of")
    assert_equal(result, [('stop', 'the'),
                          ('stop', 'in'),
                          ('stop', 'of')])

def test_nouns():
    assert_equal(lexicon.scan("bear"), [('noun', 'bear')])
    result = lexicon.scan("bear princess")
    assert_equal(result, [('noun', 'bear'),
                          ('noun', 'princess')])

def test_numbers():
    assert_equal(lexicon.scan("1234"), [('number', 1234)])
    result = lexicon.scan("3 91234")
    assert_equal(result, [('number', 3),
                          ('number', 91234)])

def test_errors():
    assert_equal(lexicon.scan("ASDFADFASDF"), [('error', 'ASDFADFASDF')])
    result = lexicon.scan("bear IAS princess")
    assert_equal(result, [('noun', 'bear'),
                          ('error', 'IAS'),
                          ('noun', 'princess')])

你需要用项目框架写出一个新的项目，就像你在练习47中做的一样。然后你需要创建这个测试用例以及你会用到的lexicon.py，看看测试用例顶部，看看它是如何被导入的。

接下来，按照我给你的提示写一些测试用例。看看我是如何做的：

  1. 在测试用例顶部写上导入（import），并保证它正常运行
  2. 创建第一个测试用例test_directions的空版本，并保证它正常运行
  3. 写出测试用例test_directions的第一行，保证它运行失败
  4. 到lexicon.py文件，创建一个空的scan方法
  5. 运行测试用例，至少保证scan方法运行，即便测试用例运行失败
  6. 为scan写出伪代码注释，用来说明scan如何通过test_directions测试
  7. 写出与注释相匹配的代码，保证test_directions测试通过
  8. 回到方法test_directions，写完剩下的行
  9. 回到lexicon.py中的scan方法，补全代码直到test_directions测试通过
  10. 这样，当你的第一个测试通过，你移动到下一个测试重复以上步骤。

只要你坚持在每次执行此过程中的一小块，你可以成功将大问题分解成更小的问题来解决。就像爬山的时候，你把整段路程分成一小段一小段。

附加题

  1. 改进单元测试，让它覆盖到更多的语汇。
  2. 向语汇列表添加更多的语汇，并且更新单元测试代码。
  3. 让你的扫描器能够识别任意大小写的词汇。更新你的单元测试。
  4. 找出另外一种转换为数字的方法。
  5. 我的解决方案用了 37 行代码，你的是更长还是更短呢？

常见问题

Q: 为什么我一直有这个报错ImportErrors？

导入异常通常有以下几点原因：1，在你的模块（modules）目录下没有生成__init__.py文件；2，你在错误的目录下启动服务；3，你导入的模块有拼写错误；4，你的PYTHONPATH没有设置成.。

Q: try-except和if-else有什么区别？

try-expect是用来处理模块抛出的异常，永远都不能用if-else代替。

Q: 有没有办法能实现在等待用户输入的时候，游戏也一样运行

我假设一种情况，你想实现用户在反应不够快的情况下会遭到怪物的攻击，这是可能的，但是它涉及的模块和技术是本书范围之外的。

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