7.3 项目3 贪吃蛇(控制台版) (A)

C++自学精简实践教程目录(必读)

主要考察

模块划分 / 文本文件读取

UI与业务分离 / 模块划分

控制台交互 / 数据抽象

需求

用户输入字母表示方向，实现贪吃蛇游戏

规则：碰到边缘和碰到蛇自己都算游戏结束

输入文件 data.txt

data.txt 内容如下：

6 7
0 0 0 0 0 0 0
0 0 2 0 2 0 0
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 2 0
0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0

第一行，包括两个整数，表示游戏棋盘大小。分别表示行数和列数。

例如，上图中表示游戏大小为6行，7列。

后面的内容是一个行数乘以列数的二维数组。

数组的元素为 0 表示这里什么也没有。

数组的元素为 1 表示蛇的头。程序开始的时候，蛇没有身体，只有头。

数组的元素为 2 表示食物。程序开始的时候，可以有多个食物。

例如，上图中表示，蛇一开始位于棋盘的第 5 行，第 6 列。同时有 3 个食物。

程序输出样式

运行效果

如下图所示，蛇的身体需要显示为 #；蛇的头需要显示为 @ ； 食物需要显示为 $；

实现思路

文件加载

文件加载只需要按照文件格式的规定，读取对应的信息保存在内存模型变量中即可。

所以，主要的问题在于应该如何设计内存模型（Model） 。

内存模型

内存模型设计的合理，符合对事物本周的抽象，程序代码就简单，易于理解。

反之，代码就会晦涩难懂。

游戏盘面二维数组

我们需要一个二维数组来存储游戏盘面。这个二维数组可以用 vector<vector<char>> m_playBoard 来表示。

蛇的身体队列

蛇会越来越长，身体的每个部分我们不希望只是单独的放在游戏盘面上。因为这样意味着每次更新蛇的位置的时候，找蛇的身体的每个位置都非常的麻烦。

我们把蛇的身体单独存放一份，放到一个队列里 queue<pair<int, int>> m_snakeBody 。队列是有方向的，这样就可以轻易的知道蛇的头在哪里。

蛇的移动

但是 queue 没有办法遍历元素，这样我们想让蛇往前走一步就好像变的不可能了。

真的是这样吗？ 蛇需要每个元素都需要往前移动一步，才能完成蛇走一步吗？

如上图所示，蛇的身体全部都用 1 表示，实际上我们移动蛇的时候，只需要将尾巴上的 1 搬到蛇的头的下一个将要移动到的地方就完成了蛇的整体移动。

如上图所示，蛇头向下方移动了一个位置，我们把原来尾巴搬到了蛇头新位置，就完成了蛇整体的移动。

这样做的好处就是，蛇的移动每次只需要搬蛇身体的尾巴一个元素。移动蛇的身体总是固定的常数时间。计算量最大限度的降低了。程序也变的简单了。

游戏盘面和蛇身体的同步

由于蛇的移动变成了游戏盘面上把蛇的尾巴上的 1 搬运到蛇的头部的下一个将要移动到的位置，所以蛇的身体队列 m_snakeBody 里只需要存储蛇的身体的每一个元素在游戏盘面上的位置即可。

这就是为何 m_snakeBody 的每一个元素都是一个 pair<int, int> 原因了。

游戏控制

用户输入

玩家在键盘上输入一个表示方向的字母，这样程序就知道蛇应该往哪里移动了。

使用 GoAhead 来实现往前走一步。

游戏结束

当蛇往前走碰到了墙壁（超出了游戏盘面）的时候，游戏结束。

当蛇往前走碰到了自己的身体的一部分，游戏结束。

枚举类型 enum class

enum class 通常用来提供字面值常量。也就是一些固定值。比如，表示方向的东、南、西、北。表示空间的上、下、左、右、前、后。

在本游戏中，我们用来表示盘面上物品的类型：什么也没有，蛇的身体，食物。

启动代码

#include <list>
#include <utility>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <random>//随机数
#include <chrono>//日期时间
using namespace std;class Snake
{// 游戏的任意位置 只有三种情况：什么也没有；蛇的身体；食物enum class MatrixValueEnum{NOTHING = '0', SNAKE_BODY = '#', FOOD = '2'};
public:// 从文件中加载界面数据，存放到内部容器中，再根据容器内容绘制界面bool LoadPlayDataFromFile(const std::string& file);// 开始游戏void Play(void);
private:// 用户输入一个字符（e/s/f/d），决定将蛇的头部往哪个方向移动bool GoAhead(char userInputDirection);// 核心函数// 移动蛇的头的坐标(x,y) = (x,y) + (i,j)bool GoAhead(int i, int j);//撞到墙壁或者蛇自己的身体就结束游戏bool IsGameOver(int, int) const;// 获取蛇的头的坐标std::pair<int, int> GetCurrentPosition(void) const;// 计算蛇的头移动一次后的新坐标std::pair<int, int> GetNextPosition(int, int) const;// 打印贪吃蛇游戏void PrintMatrix(void) const;// 判断 (i,j) 处是否是一个食物bool ExistFood(int i, int j) const;// 在界面上生成一个新的食物给蛇吃void CreateFood(void);
private:std::vector<std::vector<char>> m_playMatrix;// 整个游戏的数据（二维数组）std::list<std::pair<int, int>> m_snakeBody;// 蛇的身体数据
};bool Snake::LoadPlayDataFromFile(const std::string& file)
{std::ifstream fin(file);if (!fin){std::cout << "can not open file " << file << endl;return false;}std::string line;std::getline(fin, line);std::istringstream iss(line);// 字符串流 https://zhuanlan.zhihu.com/p/441027904int row = 0, column = 0;//读取行数和列数//(1) your codefor (size_t i = 0; i < row; i++){std::vector<char> lineData;std::getline(fin, line);std::istringstream issLineData(line);for (size_t j = 0; j < column; j++){char data;//读取一个元素// (2) your code//将组成蛇的头#存放到蛇m_snakeBody容器中//在文件里，一开始蛇的身体只有一个头，需要把这个数据存起来//(3) your code  判断两个char相等即可// 参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/357348144}//将第一行数据存放到二维数组中，作为第一维的一个元素（子数组）//(4) your code}if (m_snakeBody.size() != 1){cout << "snake body is empty! init game failed." << endl;return false;}return true;
}bool Snake::IsGameOver(int x, int y) const
{//判断游戏是否已经结束了// x y 是蛇的头打算要去的目的地，这个目的地会导致gomeover// 比如超出了游戏界面（下标越界）// 比如撞到了蛇的身体//(5) your codereturn true;
}
std::pair<int, int> Snake::GetCurrentPosition(void) const
{//返回蛇 的头的坐标，是m_snakeBody的第一个元素的值//（6） your code  下面的代码需要自己修改，不可以直接使用std::pair<int, int> front;return front;
}
std::pair<int, int> Snake::GetNextPosition(int i, int j) const
{//根据蛇的头的位置，以及一个移动的向量 (i,j) 得到蛇头部打算要去的新目的地的坐标auto old = GetCurrentPosition();//(7) your code 下面的代码需要自己修改，不可以直接使用int x = 0;int y = 0;return std::make_pair(x, y);
}
bool Snake::ExistFood(int i, int j) const
{//返回 坐标(i,j)处是否是有蛇的食物可以吃//(8) your code 下面的代码需要自己修改，不可以直接使用return false;
}
void Snake::CreateFood(void)
{// 生成一个新的食物给蛇来吃// 随机生成一个新的位置，但是这个位置可能已经是蛇的身体了// 所以，需要用一个循环不断的重复在一个新生成的随机位置放置食物// 直到放置成功为止do{unsigned seed = std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();std::mt19937 g(seed);  // mt19937 is a standard mersenne_twister_engine//生成新的随机的坐标//随机数的用法：https://blog.csdn.net/calmreason/article/details/72655060//(9) your code 下面的代码需要自己修改，不可以直接使用int x = 0;int y = 0;// 在新坐标处放置一个食物，记得检查可以放才能放// 一旦放好，记得退出循环，让程序继续执行//(10) your code} while (true);
}
bool Snake::GoAhead(char userInputDirection)
{switch (userInputDirection){case 'w':case 'W':return GoAhead(-1, 0);//upcase 'a':case 'A':return GoAhead(0, -1);//leftcase 'd':case 'D':return GoAhead(0, +1);//rightcase 's':case 'S':return GoAhead(+1, 0);//downdefault:return true;}
}
bool Snake::GoAhead(int i, int j)
{auto nextPosition = GetNextPosition(i, j);//垂直方向x不变，竖直方向y减少1// 首先判断游戏是否已经结束if (IsGameOver(nextPosition.first, nextPosition.second)){return false;}// 判断nextPosition 处是否有食物// 如果有食物，就吃掉这个食物// 并生成一个新的食物if (ExistFood(nextPosition.first, nextPosition.second)){// (11) your code//直接吃掉，尾巴不用移动m_playMatrix[nextPosition.first][nextPosition.second] = static_cast<char>(MatrixValueEnum::SNAKE_BODY);CreateFood();//随机生成一个食物}// 如果 nextPosition 处没有食物，就移动蛇的身体else{// (12) your code//尾巴移动 auto tail = m_snakeBody.back();m_playMatrix[tail.first][tail.second] = static_cast<char>(MatrixValueEnum::NOTHING);m_snakeBody.pop_back();}
}void Snake::Play(void)
{CreateFood();//随机生成一个食物while (true){/*清屏，这不是C++的一部分，是系统调用。这个语句执行的快慢与代码无关，与控制台用户自己设置的缓冲区大小有关。*/system("cls");PrintMatrix();std::cout << "direction: W(up) A(left) S(down) D(right)\n";std::cout << "$: food\n";std::cout << "@: snake head\n";std::cout << "#: snake tail\n";char direction;std::cin >> direction;//往前走一步，如果判断无法往前走到用户指定的位置，就退出程序// （13） your codeif (!GoAhead(direction)){std::cout << "Game Over!" << std::endl;break;}}
}
void Snake::PrintMatrix(void) const
{auto headPosition = m_snakeBody.front();for (size_t i = 0; i < m_playMatrix.size(); i++){for (size_t j = 0; j < m_playMatrix[i].size(); j++){if (i == headPosition.first && j == headPosition.second){std::cout << "@" << " ";}else if (m_playMatrix[i][j] == static_cast<char>(MatrixValueEnum::FOOD)){std::cout << "$" << " ";}else if (m_playMatrix[i][j] == static_cast<char>(MatrixValueEnum::NOTHING)){std::cout << "_" << " ";}else{std::cout << m_playMatrix[i][j] << " ";}}std::cout << std::endl;}
}int main(int argc, char** argv)
{Snake snake;if (snake.LoadPlayDataFromFile("data.txt")){snake.Play();}return 0;
}