Java 第 24: 坐标方向与枚举

本课作品

制作方块导航器 BlockNavigator

拼错一次方向，就可能让导航失灵。enum 把答案圈定，record 把坐标保存为值；移动返回新位置，边界由你明文规定。前置背包：类、构造器、方法和接口。今天要给坐标装上防误改护甲，也要把拼错方向的入口关掉。

开始前：建议先完成第 19、21–23 课

任意文字都能混进方向变量

字符串可能拼错和大小写不一致
枚举类型圈定合法常量
null仍需专门处理

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开始前：先预测，再让程序回答

本章使用 JDK 21，无需预览功能。故事借用方块世界，示例运行在普通 Java 控制台；数值和规则若是课程模型，都会明确说明。

每个普通示例都是完整独立文件，按框上标注的文件名保存。各示例放在不同文件夹，避免辅助类重名。完整项目分段时，按顺序接在同一个文件中。

终端命令：中文占位符换成实际文件名与类名

javac -encoding UTF-8 示例文件名.java
java 示例类名

预测：先写预期输出，或画清引用和数据的变化。
验证：运行后逐行核对，再只改一个条件。
解释：说清结果来自 Java 规则、课程合同还是输入数据。

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字符串方向容易长出新品种

用 String 保存方向时，大小写、空格和拼写都可能制造非法状态。enum 把合法答案固定在一个有限集合里。

任意文字都能混进方向变量

字符串可能拼错和大小写不一致
枚举类型圈定合法常量
null仍需专门处理

L24Example01.java · 完整独立示例

public class L24Example01 {
    public static void main(String[] args) {
        String facing = "dongg";
        System.out.println(facing);
        System.out.println(facing.equals("EAST"));
    }
}

运行结果

dongg
false

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enum 圈出合法方向

枚举是一种类型。Direction facing 只能保存 Direction 中声明的值或 null。

枚举变量只能选择声明过的常量

NORTH / SOUTH南北轴
EAST / WEST东西轴
UP / DOWN高度轴

L24Example02.java · 完整独立示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
public class L24Example02 {
    public static void main(String[] args) {
        Direction facing = Direction.EAST;
        System.out.println(facing);
        System.out.println(Direction.values().length);
    }
}

运行结果

EAST
6

BadDirection.java · 故意错误示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
public class BadDirection {
    public static void main(String[] args) { Direction d = Direction.DONGG; }
}

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switch 覆盖方向分支

switch 直接匹配枚举常量，不需要 equals，也不会受拼写字符串影响。

枚举 switch 不再比较字符串

switch覆盖全部六方向
null 检查进入分支前处理
分支结果返回对应中文名

L24Example03.java · 完整独立示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
public class L24Example03 {
    static String label(Direction d) {
        if (d == null) return "未选择";
        return switch (d) {
            case NORTH -> "北"; case SOUTH -> "南";
            case EAST -> "东"; case WEST -> "西";
            case UP -> "上"; case DOWN -> "下";
        };
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(label(Direction.NORTH));
        System.out.println(label(null));
    }
}

运行结果

北
未选择

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枚举保存位移数据

枚举可以拥有字段和构造器。每个方向常量创建时保存自己的三轴增量。

六个方向与三轴位移

方向	dx	dy	dz
NORTH	0	0	-1
SOUTH	0	0	1
EAST	1	0	0
WEST	-1	0	0
UP	0	1	0
DOWN	0	-1	0

L24Example04.java · 完整独立示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
public class L24Example04 {
    public static void main(String[] args) {
        Direction d = Direction.NORTH;
        System.out.println(d.dx + "," + d.dy + "," + d.dz);
    }
}

运行结果

0,0,-1

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record 装下三维坐标

坐标主要携带三个值，并按内容比较。record 会生成组件访问器和相等方法；当组件都是 int 等不可变值时，它适合表达不可变坐标。

一行声明生成构造器访问器和比较方法

record 组件保存 x、y、z
x() / y() / z()自动访问器
equals按组件内容比较

L24Example05.java · 完整独立示例

record BlockPos(int x, int y, int z) { }
public class L24Example05 {
    public static void main(String[] args) {
        BlockPos p = new BlockPos(0, 64, 0);
        System.out.println(p.x());
        System.out.println(p.y());
        System.out.println(p.z());
    }
}

运行结果

0
64
0

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移动返回新坐标

record 组件不能随意重新赋值。移动方法根据旧值计算并返回一个新 BlockPos。

旧位置保持不变新位置表达结果

start旧坐标保持不变
move按方向计算增量
next接收新的坐标对象

L24Example06.java · 完整独立示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
record BlockPos(int x, int y, int z) {
    BlockPos {
        if (y < -64 || y > 319)
            throw new IllegalArgumentException("高度应为-64到319");
    }
    BlockPos move(Direction direction, int steps) {
        if (direction == null || steps < 0) return this;
        long nx = (long) x + (long) direction.dx * steps;
        long ny = (long) y + (long) direction.dy * steps;
        long nz = (long) z + (long) direction.dz * steps;
        int nextY = (int) Math.max(-64L, Math.min(319L, ny));
        return new BlockPos(Math.toIntExact(nx), nextY,
                            Math.toIntExact(nz));
    }
    String shortText() { return "(" + x + "," + y + "," + z + ")"; }
}
public class L24Example06 {
    public static void main(String[] args) {
        BlockPos start = new BlockPos(0, 64, 0);
        BlockPos next = start.move(Direction.EAST, 5);
        System.out.println(start.shortText());
        System.out.println(next.shortText());
    }
}

运行结果

(0,64,0)
(5,64,0)

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值对象的相等与边界

record 解决值的存储与比较，但不会自动知道 Minecraft 课程中的合法高度或移动规则。

内容相同的 record 自动 equals

==比较对象身份
equals比较组件内容
高度范围最低-64，最高319

L24Example07.java · 完整独立示例

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
record BlockPos(int x, int y, int z) {
    BlockPos {
        if (y < -64 || y > 319)
            throw new IllegalArgumentException("高度应为-64到319");
    }
    BlockPos move(Direction direction, int steps) {
        if (direction == null || steps < 0) return this;
        long nx = (long) x + (long) direction.dx * steps;
        long ny = (long) y + (long) direction.dy * steps;
        long nz = (long) z + (long) direction.dz * steps;
        int nextY = (int) Math.max(-64L, Math.min(319L, ny));
        return new BlockPos(Math.toIntExact(nx), nextY,
                            Math.toIntExact(nz));
    }
    String shortText() { return "(" + x + "," + y + "," + z + ")"; }
}
public class L24Example07 {
    public static void main(String[] args) {
        BlockPos a = new BlockPos(0, 319, 0);
        BlockPos b = new BlockPos(0, 319, 0);
        System.out.println(a == b);
        System.out.println(a.equals(b));
        System.out.println(a.move(Direction.UP, 1).shortText());
        System.out.println(a.move(Direction.DOWN, 1000).shortText());
    }
}

运行结果

false
true
(0,319,0)
(0,-64,0)

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挑战蓝图方块导航器

挑战程序叫 BlockNavigator。Direction 保存三轴位移，BlockPos 提供 move 与 shortText。

方向携带位移坐标返回新值

方向与步数选定变化的轴
高度夹紧超过边界停在范围内
返回新值起点仍可回放

验收顺序

从 (0,64,0) 出发，向东5格、向上300格、向北2格。
高度夹紧后，终点应为 (5,319,-2)。
向下1000格，结果应为 (5,-64,-2)。
起点仍保持 (0,64,0)。
负数步数和 null 方向返回原位置；两个同坐标对象 equals 为 true。

10 / 12

挑战实现方块导航

新建 BlockNavigator.java，使用 Java 21 编译。

enum 与 record 组成不可变路径系统

起点0、64、0
终点5、319、-2
底部5、-64、-2

BlockNavigator.java · 第1/2段，顺序接在同一文件

enum Direction {
    NORTH(0, 0, -1), SOUTH(0, 0, 1),
    EAST(1, 0, 0), WEST(-1, 0, 0),
    UP(0, 1, 0), DOWN(0, -1, 0);
    final int dx, dy, dz;
    Direction(int dx, int dy, int dz) {
        this.dx = dx; this.dy = dy; this.dz = dz;
    }
}
record BlockPos(int x, int y, int z) {
    BlockPos {
        if (y < -64 || y > 319)
            throw new IllegalArgumentException("高度应为-64到319");
    }
    BlockPos move(Direction direction, int steps) {
        if (direction == null || steps < 0) return this;
        long nx = (long) x + (long) direction.dx * steps;
        long ny = (long) y + (long) direction.dy * steps;
        long nz = (long) z + (long) direction.dz * steps;
        int nextY = (int) Math.max(-64L, Math.min(319L, ny));
        return new BlockPos(Math.toIntExact(nx), nextY,
                            Math.toIntExact(nz));
    }
    String shortText() { return "(" + x + "," + y + "," + z + ")"; }
}
public class BlockNavigator {
    public static void main(String[] args) {
        BlockPos start = new BlockPos(0, 64, 0);

BlockNavigator.java · 第2/2段，顺序接在同一文件

        BlockPos next = start.move(Direction.EAST, 5)
            .move(Direction.UP, 300).move(Direction.NORTH, 2);
        System.out.println("起点=" + start.shortText());
        System.out.println("终点=" + next.shortText());
        System.out.println("底部=" + next.move(Direction.DOWN, 1000).shortText());
        System.out.println("内容相同=" + start.equals(new BlockPos(0, 64, 0)));
    }
}

运行结果

起点=(0,64,0)
终点=(5,319,-2)
底部=(5,-64,-2)
内容相同=true

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拓展任务与通关复盘

作业要同时提交至少四个边界测试，并说明旧对象是否发生变化。

三档任务扩展不可变地图

边界案例顶层、底层及相邻值
非法输入负步数、空方向
对象检查旧值是否保持

三档作业

木镐：创建 Difficulty 枚举，并用 switch 返回 EASY NORMAL HARD 的怪物倍率。
铁镐：给 Direction 增加 dx dy dz，完成六个方向移动。
钻石镐：设计 TeleportPoint record，保存名字和坐标，并返回偏移后的新传送点。

验收对照表

自评	能	还要练
我会声明 enum	□	□
我会使用 record	□	□
我理解不可变数据	□	□

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自己的验收记录

漂亮的输出是起点，能解释边界才算掌握。把正常、边界与错误各选一个案例，运行前写预期，运行后留下证据。

为判断留下依据

类别	你选择的操作	核对重点
正常	一个常用输入或一次成功动作	结果是否逐行一致
边界	范围端点与相邻值	有没有多一步、少一项
错误	非法数量、缺失对象或坏数据	是否明确拒绝，状态是否保持

Bug 记录：触发条件、实际现象、原因、最小修复。
图示记录：为每条箭头说明起点、终点和含义。
改编记录：只改一个规则，同时修改预期和测试。

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开始前：先预测，再让程序回答

字符串方向容易长出新品种

enum 圈出合法方向

switch 覆盖方向分支

枚举保存位移数据

record 装下三维坐标

移动返回新坐标

值对象的相等与边界

挑战 蓝图方块导航器

验收顺序

挑战 实现方块导航

拓展任务与通关复盘

三档作业

自己的验收记录

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挑战蓝图方块导航器

挑战实现方块导航