[設計案例] 生命遊戲 #6, 抽像化 (Abstraction)

問題與答案 (FAQ)

Q&A 類別 A: 概念理解類

A-Q1: 什麼是物件導向中的「抽象化」？

• A簡: 抽象化以穩定的介面或基底類別定義共通概念，隱藏實作細節，讓互動依契約進行，降低耦合、提高可擴充性。
• A詳: 抽象化是將多個具體事物的共通本質萃取為穩定的型別契約（例如基底類別或介面），以「做什麼」而非「怎麼做」來定義能力。程式的其它部分僅依靠這個契約互動，而不依賴具體類別，從而在不改動核心邏輯的情況下，替換或擴充不同實作。於是，未來新增功能（如不同生物型態）時，只需提供新的子類別或實作，核心架構不必改動，大幅降低維護與變更成本。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q3, A-Q5, A-Q7, B-Q16

A-Q2: 為什麼在生命遊戲專案中需要抽象化？

• A簡: 因應未來未知生物與規則變更，讓 World 只依賴 Life 抽象，不需因新物種或規則改動核心。
• A詳: 生命遊戲從最初的細胞規則出發，後續可能引入病毒或更複雜的生態（草、羊、虎）。若一開始就讓 World 操作抽象的 Life，而非具體的 Cell，未來新增或修改生命型態時，只需擴充 Life 的子類別，World 毫不需要調整。抽象化在此扮演防變設計的要角：即使規格臨時變動（常見於真實需求），核心仍穩定可用，變動只在具體實作層吸收。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q6, A-Q7, B-Q1, B-Q18

A-Q3: 抽象化與具體化的差異是什麼？

• A簡: 抽象化定義共通能力與行為契約；具體化實作細節與差異，對外僅呈現抽象介面。
• A詳: 抽象化專注「共同點」與「穩定行為」的定義，例如 Life 規範生命存在、座標、顯示與狀態推進的介面；具體化則將差異性與細節留在子類別，如 Cell 實作鄰居計算、規則表判斷、感染機制。外部系統（World）只需面對 Life 的抽象，而實際由哪個子類別承擔細節，透過動態聯結在執行期決定，達到鬆耦合與可替換性。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q1, A-Q4, B-Q10

A-Q4: 抽象化、一般化（generalization）與特殊化（specialization）的關係？

• A簡: 一般化將共通特性上移至上層；特殊化在子類別中保留差異與細節，透過繼承體現。
• A詳: 一般化是將多個類別的共同屬性與行為抽出，移至更高層級的基底類別（如將 Cell 共有的座標、顯示抽到 Life）。特殊化則是保留或新增子類別專屬的行為（如感染邏輯、規則組合），只在子類保有差異。此組合讓上層穩定、下層可變，形成可持續擴充的繼承結構，並與動態聯結配合達到執行期替換。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q5, B-Q10, B-Q16

A-Q5: Base class 與 Interface 在抽象化中的角色有何不同？

• A簡: Base class提供基本實作與狀態；Interface僅定義合約。不變的共用邏輯適合基底類別。
• A詳: 介面只描述能力（方法/屬性簽章），不含狀態與實作；基底類別可放共用欄位、預設邏輯與保護成員。若多種生命都需共用座標、顯示與部分流程模板，基底類別 Life 更合適；若需最大彈性或跨語言/多繼承場景，介面 ILife 則利於解耦。實務常以基底類別承載模板方法、以介面當注入契約，視專案需求選擇或混用。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q16, B-Q17, C-Q9

A-Q6: 在本文架構中，World、Life、Cell 的責任分工是什麼？

• A簡: World 管全局與演進節拍；Life 定義通用生命契約；Cell 實作具體規則與狀態轉移。
• A詳: World 是 M×N 棋盤的宿主，負責放置生命、推進時間與驅動生命行為；Life 是抽象基底，統一定義生命所在世界、座標、顯示與推進生命週期的方法；Cell 繼承 Life，具體實作鄰居搜尋、規則表判斷、生死與感染的更新流程。World 僅接觸 Life，透過多型在執行期實際呼叫 Cell 的行為，達到核心穩定、邊界可變的設計。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q7, B-Q1, B-Q14

A-Q7: 為何讓 World 只認識 Life 而非 Cell？

• A簡: 降低耦合與依賴，讓新生命型態可插拔加入，避免因新細節修改核心 World。
• A詳: 若 World 依賴具體的 Cell，任何新生命都會迫使 World 修改，違反開放封閉原則。改以 Life 作為抽象契約，World 僅透過 Life 操作生命，不需知道具體型別。未來新增病毒型 Cell 或草/羊/虎等生物，只要繼承 Life 即可接入，World 構造與流程完全不動，維護成本與風險大幅降低，且測試更聚焦。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q18, C-Q7, D-Q10

A-Q8: 什麼是「動態聯結」？它為何重要？

• A簡: 執行期依實際物件型別綁定方法呼叫。能以抽象開發，並在執行期切換具體行為。
• A詳: 動態聯結（晚期繫結）使呼叫發生於執行期依據物件真實型別決定要執行哪個覆寫方法。本文 World 僅呼叫 Life 的抽象方法，實際運作時會調用 Cell 的覆寫邏輯（如感染與生死規則）。這使得主程式在未知未來物種或規則時仍可先完成，待執行期載入新子類別即可擴充行為，支援快速變更與模組化部署。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q9, B-Q16, D-Q10

A-Q9: 抽象化的核心價值是什麼？

• A簡: 隔離變化、穩定依賴、易於擴充與測試，支撐長期演進與不確定需求。
• A詳: 抽象化將系統劃分為「穩定核心」與「易變細節」，讓依賴方向指向穩定的抽象，達成開放封閉原則。當需求變化（如加入感染規則或新物種），只需替換或新增具體實作，不改核心；測試亦可替身注入，提升可測性。此價值在真實專案尤為重要，因使用者常臨時改規格，抽象化可有效降低變更衝擊面。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q2, A-Q7, D-Q1

A-Q10: 生命遊戲的基本規則是什麼？

• A簡: 四條：孤單死、擁擠死、二三存活、三鄰居復活。本文另加「感染」機制。
• A詳: 經典 Game of Life 的核心為鄰居計數規則：1) 鄰居少於1則死亡（孤單）；2) 鄰居大於4則死亡（擁擠）；3) 鄰居為2或3則存活（穩定）；4) 空位鄰居為3則復活。本文再加入感染：正常細胞有（1+受感染鄰居數×5）%機率被感染；感染狀態持續3次狀態變更後痊癒；感染中有10%機率死亡。這讓模擬更接近現實的傳染動態。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q5, B-Q6, C-Q5

A-Q11: 什麼是本文的感染規則與其目的？

• A簡: 依感染鄰居數提高感染概率，感染3回合後痊癒，感染中有10%死。模擬傳染擴散。
• A詳: 感染機制引入機率與狀態持續概念：被感染的風險 = 1% + 5%×感染鄰居數；一旦感染，持續3次狀態更新後自動痊癒；感染期間每回合有10%死亡機率。目的在於測試抽象化架構面對新規則的承載力，並讓視覺上可觀察感染擴散與恢復的動態，驗證 World 僅依賴 Life 仍可吸收此類變更。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, C-Q5, D-Q2

A-Q12: 抽象化如何應對未知或變動的需求？

• A簡: 以穩定契約固定互動面，將變動留在可替換的子類別與策略中，減少改動範圍。
• A詳: 未知需求無法完全預知，過度預留常徒增複雜度。抽象化的做法是先鎖定不變的互動：例如 World 與 Life 之間的契約，其他一律視為可變點，日後以子類別、策略或參數化接入。在本文中，新增感染規則或不同生物，只需擴充 Life 的衍生類別，World 完全不用修改，證明抽象化能承受變化而不擴散風險。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q9, A-Q14, D-Q10

A-Q13: 抽象化與可維護性有何關係？

• A簡: 降耦合、局部化變更、穩定測試邊界，讓後續修正與擴充成本更低。
• A詳: 維護的核心成本來自於變更擴散與耦合。抽象化讓依賴指向穩定契約，避免核心邏輯隨細節波動；具體實作的變更局限在子類別範圍，不影響 World 與其他模組；搭配介面或抽象基底可注入替身，測試更聚焦。整體提升可讀性、可測性與可演進性，形成較低總擁有成本的架構。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: D-Q1, D-Q5, C-Q10

A-Q14: 什麼是過度設計？為何與抽象化不同？

• A簡: 過度設計是為未證實需求預留複雜機制；抽象化是隔離確定的穩定概念，非堆砌可能性。
• A詳: 過度設計常源於「假設將來一定需要」而提前加入列印、四則運算等功能，最終多半無用且增加複雜度。抽象化則鎖定目前已知且合理穩定的概念（如 World 與 Life 的互動），不預先實作不確定細節，而是確保未來可插拔擴充。關鍵在於判斷「什麼是穩定抽象」與「什麼是尚未確定且應延後」，避免淪為投機泛化。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q12, B-Q17, D-Q10

A-Q15: 什麼是「把邏輯上移」的 generalization？

• A簡: 將多個子類共用邏輯抽至基底類別，減少重複並固化穩定流程模板。
• A詳: 在重構中，發現多個子類有相同屬性或流程（如座標、顯示、生命週期迭代），就將其抽至基底類別 Life，子類僅保留差異（如感染與規則）。此舉不僅減少重複碼，還能以模板方法固定流程步驟，讓擴充點明確，降低新子類的出錯機率。本文將原 Cell 的共通邏輯移入 Life，即屬此類重構。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q10, C-Q1, C-Q2

Q&A 類別 B: 技術原理類

B-Q1: World 與 Life 的整體運作流程如何？

• A簡: World 建立棋盤並放置 Life，按節拍驅動 Life 計算下一狀態，再統一套用呈現。
• A詳: World 初始化 M×N 棋盤，將 Life 實例（如 Cell）放上指定座標。每個節拍，World 依 Life 的契約（如 WholeLife/GetNextWorldTask）請生命體自計算或回報下一步行為；World 再統一套用到棋盤，刷新顯示。此流程確保讀取國狀態與寫入下一狀態分離，避免即時更新造成相互干擾，並透過動態聯結讓不同子類在相同流程中運作。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q6, B-Q12, C-Q3

B-Q2: Life 與 World 的互動機制（WholeLife/GetNextWorldTask）如何運作？

• A簡: 生命體以可迭代/任務形式回報下一步延遲與狀態，World 據此驅動同步演進。
• A詳: Life 提供 WholeLife（或 GetNextWorldTask）作為生命週期的迭代器或任務生成器。每次迭代計算鄰居、規則、感染等，並 yield 一段延遲（TimeSpan）回給 World，讓 World 控制節拍。此設計將時間推進與狀態計算封裝於 Life，World 僅負責調度與套用，形成清晰的職責分離與可測性。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q13, C-Q2, D-Q5

B-Q3: 生命狀態更新的執行流程為何？

• A簡: 計數鄰居→套用規則表→處理感染痊癒/死亡→等待下一節拍→重複至終止。
• A詳: 每步包含：1) 透過 FindNeighbors 計算鄰居細胞數與感染數；2) 用規則表 _table 依當前生死與鄰居數決定下一狀態（bool? 可表「不變」）；3) 若感染中，InfectedCount–，同時以10%機率死亡；否則以（1+感染鄰居×5）% 機率感染（InfectedCount=3）；4) yield 一個隨機延遲控制節拍；5) 重複。最後釋放資源（Dispose）。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q5, B-Q6, C-Q5

B-Q4: FindNeighbors 的背後機制是什麼？

• A簡: 依座標掃描八鄰域（或定義的鄰居），過濾邊界與自身，回傳鄰居集合。
• A詳: 在 M×N 棋盤上，以當前座標（x,y）在相對位移集合（通常為八方向）中檢索鄰居。需排除自身座標、處理邊界（截斷或包裹），以確保鄰居數計算正確。回傳的鄰居集合供後續統計活著數量與感染數，影響規則表與感染機率判斷。高效實作可預先快取偏移量、避免重複分配。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: D-Q3, B-Q11, C-Q4

B-Q5: 規則表 _table（bool?）是如何驅動生死判斷的？

• A簡: 以布林可空表述三態：true 生、false 死、null 不變，依當前生死與鄰居數查詢。
• A詳: _table 以二維索引表示（row=當前是否生，col=鄰居數），儲存下一狀態決策。其中 bool? 的 null 表示維持當前狀態不變，避免重覆指定。此表格化設計讓規則修改集中且可測，並可在不同子類替換或擴充規則組合（例如加入傳染導致的早逝分支前後擺放）。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, C-Q5, D-Q9

B-Q6: 感染機率是如何計算與套用的？

• A簡: 機率=1%+感染鄰居數×5%；感染持續3步；感染中每步10%死亡；以 InProbability 判斷。
• A詳: 先統計感染鄰居數 infectsCount，機率 p=1+5×infectsCount（單位%）。若未感染，InProbability(p) 為真則設定 InfectedCount=3；若已感染，每步 InfectedCount–，並以 InProbability(10) 決定是否死亡。此機制結合鄰居統計與時間維度，產生可擴散又可復原的傳染動態。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q11, D-Q2, C-Q5

B-Q7: 為何用 InfectedCount 表示感染狀態與期限？

• A簡: 以倒數計時簡化「感染期」生命週期管理，便於在更新流程中統一處理。
• A詳: 感染是持續多步的暫態。以整數倒數（InfectedCount>0 表示感染）可輕鬆表達「剩餘感染回合」並在每次更新時自動減一，直至歸零痊癒。此做法比布林再加時間戳更直觀，也方便在顯示與邏輯中判斷「感染中」與「將痊癒」等狀態分支。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, C-Q5, D-Q2

B-Q8: DisplayText 的狀態映射策略如何設計？

• A簡: 將生命狀態映射為符號（◎/●/○），以便觀察感染、存活、死亡的演化。
• A詳: 顯示層不應暴露內部細節，而是把狀態轉譯為可讀符號。文中以「◎受感染」「●活著的正常細胞」「○死亡」呈現。映射策略需考慮優先順序（例如同時感染且存活時顯示何者），以反映觀察重點。此設計讓使用者直觀看到規則與感染的交互影響，便於驗證與教學。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: D-Q4, C-Q6, C-Q10

B-Q9: 動態聯結在此架構中如何表現？

• A簡: World 呼叫 Life 抽象方法，執行期實際綁定至各子類覆寫實作，如 Cell 的 WholeLife。
• A詳: 雖然 World 僅見 Life 型別，但 CLR 會在呼叫時依物件真實型別（Cell）綁定到覆寫的方法。這使得核心流程不需知道具體生命類別，即可運行其專屬行為（規則、感染、顯示）。新增子類不改 World，即能被動態調用，體現晚期繫結的威力。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q8, B-Q16, D-Q10

B-Q10: 如何以重構實現「一般化/特殊化」？

• A簡: 先上移共通屬性/流程至 Life，再在 Cell 保留差異邏輯，確保流程模板穩定。
• A詳: 透過「上移欄位/方法」重構，把 CurrentWorld、PosX/PosY、DisplayText、週期迭代等抽到 Life；Cell 僅實作特定規則（鄰居統計、感染機制）。如需新增物種，僅在新子類覆寫差異點。此做法讓核心流程穩定可測，避免行為散落於多子類且難以維護。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q4, C-Q1, C-Q2

B-Q11: World 棋盤資料結構如何設計？有哪些權衡？

• A簡: 常見為二維陣列或清單。二維陣列快取位址快；清單彈性高、稀疏場景節省空間。
• A詳: 以 T[, ] 儲存 M×N 生命物件能提供 O(1) 取放，但在稀疏與巨大空間會浪費記憶體。改用字典（鍵為座標）適合稀疏世界；或分塊（chunk）管理提升區域性與快取友好。需考慮鄰居查詢頻率、可視化更新成本與未來可擴充性，選擇合適結構。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: C-Q4, D-Q7, B-Q4

B-Q12: 如何避免狀態讀寫互相干擾（同步更新問題）？

• A簡: 使用雙緩衝或先計算後套用；Life 回報下一步，World 統一提交，避免即時覆寫。
• A詳: 若邊讀邊寫棋盤，會使後續生命看到「已更新」的鄰居而污染結果。解法是：1) 雙緩衝（current/next）或 2) Life 先計算並回報意圖，再由 World 一次性套用到下一世代。文中以任務/迭代器回報節拍與狀態，有助於此種批次更新，確保一致性。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: D-Q5, B-Q2, C-Q2

B-Q13: 隨機延遲（yield TimeSpan）在系統中扮演什麼角色？

• A簡: 控制節拍與視覺節奏，避免過快刷新，並模擬時間流逝的不確定性。
• A詳: 每次迭代 yield 800–1200ms 的延遲，World 依此節拍推進，觀察者能清晰看到狀態變化與感染擴散。此外，隨機延遲可減少同時更新造成的鎖競爭或 UI 卡頓，並為未來異步化或多實體節拍差異提供基礎。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q2, C-Q2, D-Q7

B-Q14: 主程式 GameHost 如何初始化 World 與 Cell？

• A簡: 建立 World(M,N)，雙層迴圈產生 Cell 並以 PutOn 放置到世界座標上。
• A詳: 範例程式：建立 World 物件，雙迴圈跑過所有座標，new Cell 並呼叫 realworld.PutOn(item,x,y) 放上棋盤。World 內部只接收 Life，對外介面穩定；Cell 實作在執行期被動態呼叫，確保核心與具體類別解耦，且便於替換與測試。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: C-Q3, A-Q7, B-Q1

B-Q15: 若將規則擴充為草原生態（草/羊/虎），架構如何承載？

• A簡: 以 Life 為抽象，新增多個子類各自實作行為與互動規則，World 無需更動。
• A詳: 維持 World↔Life 的穩定契約，為草、羊、虎分別建立 Life 子類，實作其移動、覓食、繁衍、死亡等規則。物種間互動可透過鄰居掃描與訊號（如狀態或標記）進行。World 仍只排程、套用、呈現，不涉入物種細節，實現可插拔的生態模擬。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q2, C-Q7, D-Q10

B-Q16: 如何以抽象化實現可插拔生物型態？

• A簡: 定義穩定的 Life 契約與模板流程，子類覆寫差異點；以工廠/DI 建立實例。
• A詳: Life 提供抽象方法（如計算下一狀態、顯示符號），模板方法固定流程步驟；新生物只需覆寫差異。搭配工廠或相依注入，World 接收 Life 而不依賴具體類別，支援在設定或外部組件中切換物種，達成可插拔。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q9, B-Q17, C-Q7

B-Q17: 本文架構涉及哪些依賴原則（DIP/OCP）？

• A簡: 依賴倒置讓 World 依賴 Life 抽象；開放封閉讓新物種加入不改 World。
• A詳: DIP：高層（World）不依賴低層細節（Cell），僅依賴抽象（Life）。OCP：對擴充開放（新子類），對修改封閉（不改 World）。兩者結合使核心穩定、變動封裝在具體類。這正是抽象化的工程價值所在。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q7, A-Q14, D-Q10

B-Q18: 為何新增 Life 子類時 World 無需修改？

• A簡: 多型保證抽象行為一致，World 只調用 Life 契約，具體行為在子類覆寫。
• A詳: 新子類繼承 Life，遵循既定契約與流程模板，World 呼叫相同方法卻得到不同執行結果（多型）。因此擴充只新增型別，無需改 World 的邏輯與結構，降低風險與測試面。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q7, C-Q7, D-Q10

B-Q19: 邊界策略（截斷/包裹）如何影響結果？

• A簡: 截斷少鄰居、邊緣死亡率高；包裹讓世界拓撲變環狀，鄰居分布均勻。
• A詳: 截斷策略於邊界忽略越界鄰居，導致邊緣細胞較少鄰居；包裹策略把世界當環面，越界映回對邊，維持鄰居數穩定。兩者對圖樣演化與流行病擴散有不同影響，需依需求選擇並在 FindNeighbors 實作。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q4, C-Q4, D-Q3

B-Q20: 以 UML 如何表達本文架構的關係與優點？

• A簡: World→Life（依賴/聚合），Life←Cell（繼承）。顯示穩定依賴與多型擴充點。
• A詳: 類圖中：World 聚合多個 Life；Life 為抽象基底；Cell 等為 Life 的衍生類。此圖清楚標示 World 僅依賴 Life 抽象，衍生類可無限擴充而不影響 World 結構，展現抽象化與多型對變動的吸收能力。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q4, B-Q10, C-Q7

Q&A 類別 C: 實作應用類（10題）

C-Q1: 如何定義 Life 基底類別的共通欄位與方法？

• A簡: 在 Life 放入 CurrentWorld、PosX/PosY、DisplayText 與生命週期方法，作為子類模板。
• A詳: 實作步驟：1) 建立抽象類 Life，包含 protected CurrentWorld、public PosX/PosY、virtual/abstract DisplayText、protected/abstract WholeLife 或 GetNextWorldTask。2) 將原本 Cell 共有的座標、顯示、與生命流程上移至 Life。3) 提供受保護的工具方法（如 InProbability、FindNeighbors）。注意：保持方法最小可見性、提供模板方法固定流程。範例：abstract class Life { protected World CurrentWorld; public int PosX, PosY; public abstract string DisplayText {get;} protected abstract IEnumerable WholeLife(); }
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q10, C-Q2, C-Q4

C-Q2: 如何從 Cell 繼承並實作 WholeLife 生命週期？

• A簡: Cell : Life，覆寫 DisplayText 與 WholeLife，內部依規則更新狀態並 yield 節拍。
• A詳: 步驟：1) class Cell : Life。2) 欄位：bool IsAlive；int InfectedCount；Random _rnd。3) 覆寫 DisplayText 將狀態映射為符號。4) 覆寫 WholeLife：統計鄰居與感染數、查表更新生死、處理感染與死亡機率、yield 隨機延遲。5) 生命終止時 Dispose。注意：避免直接改其他生命狀態，透過 World 統一套用。程式片段：protected override IEnumerable WholeLife(){ /* 計數→規則→感染→yield */ yield return TimeSpan.FromMilliseconds(_rnd.Next(800,1200)); ... }
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q2, B-Q3, C-Q6

C-Q3: 如何在 World 放置並初始化所有 Cell？

• A簡: 以雙迴圈建立 Cell 並呼叫 World.PutOn(item,x,y) 放上棋盤。
• A詳: 具體步驟：1) 建立 World(width,height)；2) for x=0..w-1，for y=0..h-1 迴圈；3) var cell=new Cell(); realworld.PutOn(cell,x,y)。4) 啟動世界節拍驅動。注意：World 對外型別為 Life，PutOn 參數型別應為 Life 以利多型。最佳實踐：初始化後可隨機設活細胞比例便於觀察。程式片段：for(int x=0;x<w;x++){ for(int y=0;y<h;y++){ Life item=new Cell(); world.PutOn(item,x,y); } }
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q14, B-Q1, D-Q1

C-Q4: 如何實作 FindNeighbors？

• A簡: 以八方向偏移掃描座標，過濾自身與越界，回傳鄰居集合。
• A詳: 步驟：1) 定義偏移陣列 offsets={(-1,-1),(-1,0),…,(1,1)}；2) 對每個偏移計算 nx=x+dx, ny=y+dy；3) 若在邊界內且非自身，收集 world[nx,ny]；4) 回傳 IEnumerable<Cell/Life>。注意：視需求選擇截斷或包裹；避免配置過多中間集合。程式片段：foreach(var o in Offsets){ var nx=PosX+o.dx; var ny=PosY+o.dy; if(world.InRange(nx,ny)) yield return world[nx,ny]; }
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q4, B-Q19, D-Q3

C-Q5: 如何加入感染規則至現有規則表流程？

• A簡: 在套用基本規則後，判斷感染倒數與機率，更新 InfectedCount 與死亡機率。
• A詳: 步驟：1) 計數 infectsCount；2) 依 _table 決定生死（value.HasValue→IsAlive=value）；3) if(IsInfected){ InfectedCount–; if(InProbability(10)) IsAlive=false; } else { if(InProbability(1+infectsCount*5)) InfectedCount=3; }；4) yield 節拍。注意：順序影響結果，先規則再感染較貼近描述；將常數參數化便於調整與測試。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, B-Q5, D-Q2

C-Q6: 如何調整 DisplayText 顯示不同狀態？

• A簡: 規劃狀態優先順序，依 IsAlive/IsInfected 回傳「◎/●/○」等符號。
• A詳: 步驟：1) 設計顯示規則與優先順序（例如感染優先於存活或反之）；2) 覆寫 DisplayText：if(IsInfected) return “◎”; else if(IsAlive) return “●”; else return “○”; 3) 如需更多層級可加入顏色/樣式。注意：顯示規則需與觀察目標一致，避免符號優先順序誤導觀察結果。撰寫快照測試確保視覺映射穩定。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q8, D-Q4, C-Q10

C-Q7: 如何新增第二種生物而不修改 World？

• A簡: 新增 Life 子類（如 VirusCell/Wolf），覆寫差異；以工廠或設定載入實例。
• A詳: 步驟：1) 建立 class Wolf : Life，實作 DisplayText 與 WholeLife；2) 在 WholeLife 中定義行為（移動、捕食）；3) 提供建構參數定義屬性；4) 於組態或工廠方法決定要產生哪些 Life；5) World 仍透過 Life 接口放置與驅動。注意：將公共邏輯上移至 Life 或輔助類，避免重複；用 DI 管理生命生成。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q16, B-Q18, D-Q10

C-Q8: 如何將感染參數（機率、回合數）參數化？

• A簡: 將常數改為可設定欄位/設定檔，並於建構時注入，便於調整與測試。
• A詳: 步驟：1) 定義設定類 InfectionOptions{ int BaseProb, int PerNeighborProb, int Duration, int DeathProb; }；2) 在 Cell 建構注入 options；3) 以 options 計算機率與回合；4) 由設定檔或 CLI 讀取。注意：限制參數範圍（0–100），並加上單元測試覆蓋邊界值，確保行為穩定可控。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: D-Q2, C-Q10, B-Q6

C-Q9: 何時以介面取代基底類別？如何整合跨平台/語言？

• A簡: 當需多重實作或跨語言整合，定義 ILife 介面並以組合取代繼承。
• A詳: 步驟：1) 抽出 ILife（顯示、座標、推進）；2) 以組合承載共用邏輯（LifeBaseHelper），各實作透過委派使用；3) World 僅認 ILife；4) 跨平台以不同語言實作 ILife 並以 IPC/插件載入。注意：失去基底類的模板方法時，需以 Policy/Strategy 維持流程一致性。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q5, B-Q17, C-Q7

C-Q10: 如何撰寫單元測試驗證規則與感染流程？

• A簡: 以測試替身 World 與固定亂數種子，斷言鄰居→規則→感染→顯示映射。
• A詳: 步驟：1) 固定 Random seed；2) 建立測試 World（雙緩衝、可檢查狀態）；3) 排列棋盤以達成特定鄰居數；4) 執行一步/多步 WholeLife；5) 斷言 IsAlive/IsInfected 與 DisplayText；6) 邊界與極端值（0/8 鄰居）。注意：機率測試以seed或重複迭代檢定；為顯示符號寫快照測試。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q12, D-Q2, D-Q4

Q&A 類別 D: 問題解決類（10題）

D-Q1: World 對 Cell 產生編譯依賴怎麼辦？

• A簡: 將 World API 改為依賴 Life 抽象；移除任何具體 Cell 型別引用，透過工廠注入。
• A詳: 症狀：World 使用 new Cell() 或呼叫 Cell 專屬方法，新增子類時需改 World。原因：違反 DIP/OCP，World 依賴細節。解法：1) World 方法參數/儲存結構改用 Life；2) 新增生命由工廠建立；3) 若有特定行為，轉為 Life 契約或策略。預防：代碼審查禁止具體型別依賴，加入靜態分析規則。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q17, B-Q18, C-Q3

D-Q2: 感染機率看起來不正確如何診斷？

• A簡: 檢查機率單位、亂數種子、感染計數與套用順序；以固定種子重現與斷言。
• A詳: 症狀：感染過快/過慢或不符鄰居數。原因：1) 機率超界（>100%）；2) InProbability 實作錯；3) 感染與規則套用次序不當；4) InfectedCount 倒數錯。解法：固定 Random seed；列印每步 infectsCount 與 p 值；加入邊界檢查與參數化。預防：以參數邊界測試與統計檢定（多次模擬分布）。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, C-Q8, C-Q10

D-Q3: 鄰居數計算錯誤導致規則異常怎麼辦？

• A簡: 確認排除自身、正確處理邊界與偏移集合，撰寫鄰居測試用例驗證。
• A詳: 症狀：邊界細胞行為怪異、過度死亡或復活。原因：包括自身、索引越界、偏移遺漏。解法：審核 FindNeighbors：排除（0,0）偏移、加上 InRange/包裹邏輯；撰寫測試驗證 0/8 鄰居與角落/邊緣場景。預防：將偏移定義為常數集合並覆蓋率測試。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q4, B-Q19, C-Q4

D-Q4: 感染與存活顯示符號衝突如何處理？

• A簡: 設定顯示優先順序，或以不同符號/色彩區分，並為 DisplayText 加測試。
• A詳: 症狀：感染存活時符號不一致或誤導。原因：DisplayText 判斷順序不當。解法：決定優先順序（如感染優先），更新 DisplayText 判斷分支；或引入顏色屬性區分。預防：快照測試覆蓋各組合；顯示規則文件化。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q8, C-Q6, C-Q10

D-Q5: 規則更新不一致（讀舊寫新互相污染）怎麼辦？

• A簡: 採雙緩衝或批次套用；生命先計算意圖，World 統一提交至下一世代。
• A詳: 症狀：更新順序不同導致結果不穩定。原因：邊讀邊寫同一棋盤。解法：建立 next 狀態緩衝，所有生命根據 current 計算後一次套用至 next；或以任務/迭代器回報意圖。預防：介面設計避免即時寫入 current；加入一致性測試。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q12, B-Q2, C-Q2

D-Q6: 亂數導致無法重現問題怎麼辦？

• A簡: 固定亂數種子、封裝 Random 來源、提供可注入的 RNG 以重現與測試。
• A詳: 症狀：測試偶發失敗、行為難預期。原因：非決定性的 Random。解法：將 Random 以工廠注入，測試時固定 seed；記錄種子於日誌以重現。預防：對機率行為使用統計性驗證與耐抖動斷言。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q13, C-Q10, C-Q8

D-Q7: 大棋盤效能不佳的常見原因與解法？

• A簡: 鄰居掃描成本與全域刷新。以稀疏資料結構、區域更新、快取偏移優化。
• A詳: 症狀：高 CPU/記憶體、畫面卡頓。原因：每步全盤掃描、過多配置。解法：1) 稀疏存儲（字典/分塊）；2) 只更新變動區域；3) 預先快取偏移與鄰居；4) 異步 UI 更新。預防：壓測與剖析，訂定接受度門檻。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q11, B-Q13, C-Q4

D-Q8: 記憶體或資源未釋放怎麼辦？

• A簡: 確保生命週期終止時 Dispose；避免事件訂閱遺漏；以 using/終結器守護。
• A詳: 症狀：長時間執行記憶體逐步上升。原因：生命結束未釋放、事件造成記憶體洩漏。解法：於 WholeLife 結尾呼叫 Dispose；World 統一管理生命週期；對事件以弱引用或取消訂閱。預防：加上 Leak 檢測與單元測試。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, C-Q2, B-Q1

D-Q9: 非預期死亡率偏高要如何處理？

• A簡: 檢視規則表、感染死亡機率與套用順序，進行參數化與統計校正。
• A詳: 症狀：群體快速崩潰。原因：規則表過嚴、感染死亡10%偏高、先驗順序不當。解法：調整感染機率與死亡率、延後死亡判斷或降低擁擠閾值；以多次模擬統計分布校準。預防：建立參數化設定與自動化回歸模擬。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q5, B-Q6, C-Q8

D-Q10: 擴充新生物卻需改 World，如何回到開放封閉？

• A簡: 引入抽象工廠/DI，World 只依賴 Life；行為差異以子類/策略實現。
• A詳: 症狀：新增物種需改 World 內條件分支。原因：World 依賴具體型別。解法：建立 ILifeFactory 在啟動時注入；World 透過工廠產生命體；物種行為定義在子類或策略模式。預防：用架構規約限制核心對具體類的依賴，設計審查守門。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q7, B-Q16, B-Q17

學習路徑索引

• 初學者：建議先學習哪 15 題
  • A-Q1: 什麼是物件導向中的「抽象化」？
  • A-Q2: 為什麼在生命遊戲專案中需要抽象化？
  • A-Q3: 抽象化與具體化的差異是什麼？
  • A-Q4: 抽象化、一般化與特殊化的關係？
  • A-Q6: 在本文架構中，World、Life、Cell 的責任分工是什麼？
  • A-Q7: 為何讓 World 只認識 Life 而非 Cell？
  • A-Q8: 什麼是「動態聯結」？它為何重要？
  • A-Q9: 抽象化的核心價值是什麼？
  • A-Q10: 生命遊戲的基本規則是什麼？
  • A-Q11: 什麼是本文的感染規則與其目的？
  • B-Q1: World 與 Life 的整體運作流程如何？
  • B-Q4: FindNeighbors 的背後機制是什麼？
  • B-Q5: 規則表 _table（bool?）是如何驅動生死判斷的？
  • C-Q3: 如何在 World 放置並初始化所有 Cell？
  • C-Q4: 如何實作 FindNeighbors？
• 中級者：建議學習哪 20 題
  • B-Q2: Life 與 World 的互動機制如何運作？
  • B-Q3: 生命狀態更新的執行流程為何？
  • B-Q6: 感染機率是如何計算與套用的？
  • B-Q7: 為何用 InfectedCount 表示感染狀態與期限？
  • B-Q8: DisplayText 的狀態映射策略如何設計？
  • B-Q10: 如何以重構實現「一般化/特殊化」？
  • B-Q11: World 棋盤資料結構如何設計？有哪些權衡？
  • B-Q12: 如何避免狀態讀寫互相干擾？
  • B-Q13: 隨機延遲在系統中扮演什麼角色？
  • B-Q14: 主程式如何初始化 World 與 Cell？
  • C-Q1: 如何定義 Life 基底類別的共通欄位與方法？
  • C-Q2: 如何從 Cell 繼承並實作 WholeLife？
  • C-Q5: 如何加入感染規則至現有規則表流程？
  • C-Q6: 如何調整 DisplayText 顯示不同狀態？
  • C-Q8: 如何將感染參數參數化？
  • C-Q10: 如何撰寫單元測試驗證規則與感染流程？
  • D-Q2: 感染機率看起來不正確如何診斷？
  • D-Q3: 鄰居數計算錯誤導致規則異常怎麼辦？
  • D-Q5: 規則更新不一致怎麼辦？
  • D-Q7: 大棋盤效能不佳的常見原因與解法？
• 高級者：建議關注哪 15 題
  • A-Q14: 什麼是過度設計？為何與抽象化不同？
  • A-Q15: 什麼是「把邏輯上移」的 generalization？
  • B-Q15: 若將規則擴充為草原生態，架構如何承載？
  • B-Q16: 如何以抽象化實現可插拔生物型態？
  • B-Q17: 本文架構涉及哪些依賴原則（DIP/OCP）？
  • B-Q18: 為何新增 Life 子類時 World 無需修改？
  • B-Q19: 邊界策略如何影響結果？
  • B-Q20: 以 UML 如何表達本文架構的關係與優點？
  • C-Q7: 如何新增第二種生物而不修改 World？
  • C-Q9: 何時以介面取代基底類別？如何整合跨平台/語言？
  • D-Q1: World 對 Cell 產生編譯依賴怎麼辦？
  • D-Q4: 感染與存活顯示符號衝突如何處理？
  • D-Q6: 亂數導致無法重現問題怎麼辦？
  • D-Q9: 非預期死亡率偏高要如何處理？
  • D-Q10: 擴充新生物卻需改 World，如何回到開放封閉？