【C++项目】2048益智小游戏

这是笔者用作练习C++的一个小项目，框架思路和程序上很大程度借鉴了牛客网-项目实战-2048小游戏，并在此基础上进行了功能上的拓展，增加了记录历史最高成绩和当前玩家得分两个功能。下面进行介绍

码云：https://gitee.com/hinzer/my-notes-of-C_plus/tree/master/project/

项目界面

我的系统环境是CentOS7.x，编译运行项目前，需要安装依赖

sudo yum install libncurses5-dev

编译命令

 g++ demo.cpp -l ncurses -o 2048

一、问题描述

对于整个项目，从IPO(输入-处理-输出)的角度来看这个游戏
1.输入：用户按按键
2.处理规则：
    一次只能合并相邻的两个数字，例如 [2 2 2 2] ，向右合并以后是 [空空 4 4] ，不是 [空空空 8]
    每次合并的时候，合并方向优先级高，例如 [空 2 2 2]，向右合并以后是 [空空 2 4]，不是 [空空 4 2]
    判断游戏胜利或者失败
    每次合并以后随机新出4的概率10%
3.输出：数字元素的动态变化和用户提示语句形成的图形界面

二、问题分析

1.随机产生两个数字元素在这个"方阵"上，通过按键的上下左右来控制数字的移动，实现数字的合并。因此数字特点是离散的、和二维的。
2.每次按下按键的时刻和键值是不确定的，将按键按下视为一个事件，然后程序再进行判断。因此是事件驱动模型。
3.事件的主要信息是，按键按下产生的键值和之后对二维数字方阵的结果。因此用二维数组保存最终的二维数据。
4.游戏主要是根据二维数组或者玩家的动作(按下按键)来判断游戏玩家的状态。因此用变量来记录玩家的状态。

综上，定义一个类Game2048来描述这个游戏，通过变量status和二维数组data来表示这个游戏的属性，再有就是类的方法表示游戏的动作，比如绘制图形界面相关方法、重启初始化方法、上下左右移动方法、判断游戏结束方法。

三、开发步骤

Step1.引入curses库终端内绘制简单的图形用户界面，这里先让其对窗口进行一系列的初始化。

Step2.绘制游戏界面将界面框架绘制好，具体在实现draw方法的时候，利用循环结构填充字符框架，除了布局整洁之外，还要注意保持合适的间距，后面用来填充数字元素。

Step3.游戏状态切换实现processInput方法，捕获用户按下按键的键值，能够判断QRWASD几个字母，后面会实现具体的逻辑功能。

Step4.重启初始化游戏实现restart方法，当用户按下R键时，清空界面并随机生成两个数值元素作为初始元素。在随机生成数值元素的处理程序中，先定义一个vector容器，存储当前数组中的空元素的位置(将二维坐标转换成一维坐标值表示)，然后在随机选择空位置上生成2or4的元素(使用rand()函数生成随机数，用时间作为随机数种子)。

Step5.向左移动逐行遍历每一个元素data[i][j]，将前一个元素设定为比较值compareValue，进行相邻元素之间的比较。如果相邻元素值相等，将结果当前要写入的位置currentWritePos，重新设定比较值compareValue并进行下一轮比较；如果相邻元素值不相等，就将比较值写回当前要写入的位置currentWritePos，并跟新比较值compareValue，进行下一次比较。直到这行遍历完成，将比较值再写回当前要写入的位置currentWritePos（这是为了保证右边的元素不会被"清除"）

Step6.向其他方向上移动这里用了一个颇为巧妙的方法，将数组逆时针翻转90度之后的新数组，再进行step5中的想左移动，相当于原数组向上移动。将移动后的结果再翻转回去，就有了向其他方向上的移动效果。

Step7.游戏判断胜负任意地方出现2048数字，就算赢；如果矩阵被填满并且不能再移动，就算输。具体通过查询或相邻元素比较来判断。

四、拓展

记录历史最高分，并且显示当前玩家得分。

我这里通过读写文件的方式，完成玩家历史得分的显示和记录。每次有方向移动过程中，如果一对数字组合成功，就加10分。在图形界面刷新过程中，实时显示当前玩家分数为当前分数，和读取文件的分数为历史最高。判断玩家分数是否大于历史分数，是的话就跟新文件中记录的最大值。

五、完整程序

#include <string>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <ctime>
#include <curses.h>
#include <fstream>using namespace std;// 格子数
#define N 4
// 每个格子的字符长度
#define WIDTH 5
// 胜利条件
#define TARGET 2048// 游戏状态
#define S_FAIL 0
#define S_WIN 1
#define S_NORMAL 2
#define S_QUIT 3class Game2048
{
public:Game2048():status(S_NORMAL){myScore = 0;setTestData();}int getStatus(){return status;}//处理按键void processInput(){char ch = getch();bool updated = false;if( 'a' <= ch <= 'z' ){ch = ch -32;}if(ch == 'Q'){status = S_QUIT;}else if (ch == 'R'){restart();}else if (ch == 'A'){//向左updated = moveLeft();}else if (ch == 'W'){//向上rotate();updated = moveLeft();rotate();rotate();rotate();}else if (ch == 'D'){//向右rotate();rotate();updated = moveLeft();rotate();rotate();}else if (ch == 'S'){//向下rotate();rotate();rotate();updated = moveLeft();rotate();}if (updated){randNew();    //随机产生一个新元素if (isOver()){status = S_FAIL;}}}// 绘制游戏界面void draw() {// 清理屏幕clear();// 居中偏移const int offset = 12;for (int i = 0; i <= N; ++i) {for (int j = 0; j <= N; ++j) {// 相交点drawItem(i * 2, 1 + j * WIDTH + offset, '+');// 竖线if (i != N) {drawItem(i * 2 + 1, 1 + j * WIDTH + offset, '|');}// 横线for (int k = 1; j != N && k < WIDTH; ++k) {drawItem(i * 2, 1 + j * WIDTH + k + offset, '-');}// 每个格子里的数if (i != N && j != N) {drawNum(i * 2 + 1, (j + 1) * WIDTH + offset, data[i][j]);}}}drawString(1,offset-WIDTH,"highest:");drawNum(1,offset,readDateToFile("score.txt"));drawString(2,offset-WIDTH,"score:");drawNum(2,offset,myScore);// 提示文字mvprintw(2 * N + 2, (5 * (N - 4) - 1) / 2, "W(UP),S(DOWN),A(LEFT),D(RIGHT),R(RESTART),Q(QUIT)");mvprintw(2 * N + 3, 5 + 5 * (N - 4) / 2, "My Blog : https://blog.csdn.net/feit2417");if (status == S_WIN) {mvprintw( N, 5 * N / 2 - 1, " YOU WIN,PRESS R TO CONTINUE ");} else if (status == S_FAIL) {mvprintw( N, 5 * N / 2 - 1, " YOU LOSE,PRESS R TO CONTINUE ");}if (myScore > readDateToFile("score.txt")){writeDateToFile("score.txt",myScore);  //将分数记录到文件}}// 方便调试, 随时设置数据void setTestData() {for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {data[i][j] = 16 << (i + j);// data[i][j] = 2 << (1 + rand() % 7);/*data[i][0] = 2;data[i][1] = 4;data[i][2] = 8;data[i][3] = 16;*/}}}private:// 判断游戏已经结束bool isOver() {for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {// 有空位或者相邻有一样的都可以继续if ((j + 1 < N) && (data[i][j] * data[i][j+1] == 0 || data[i][j] == data[i][j+1])) return false;if ((i + 1 < N) && (data[i][j] * data[i+1][j] == 0 || data[i][j] == data[i+1][j])) return false;}}return true;}//向左移动bool moveLeft(){int tmp[N][N];    for (int i = 0; i < N; ++i){//逐行遍历int compareValue = 0;  //比较值int currentWritePos = 0;  //当前写入的位置for (int j = 0; j < N; ++j){tmp[i][j] = data[i][j];if (0 == data[i][j]){//元素为空，结束本次循环continue;}if (0 == compareValue){compareValue = data[i][j];    //设定比较值}else{if (compareValue == data[i][j]){//相邻元素值相等data[i][currentWritePos] = compareValue*2; //结果写入当前位置compareValue = 0;    //准备下一轮比较++currentWritePos;myScore += 10;   //跟新分数}else {data[i][currentWritePos] = compareValue;  //将比较值写回当前写入位置compareValue = data[i][j];                   //跟新比较值++currentWritePos;}}data[i][j] = 0;       //清除该位置的记录}if (0 != compareValue){//考虑最右边的元素，保证不会被"清除"data[i][currentWritePos] = compareValue;}}for (int i = 0; i <= N; ++i){//看看左移前后数组是否有变化for (int j = 0; j <= N; ++j){if (tmp[i][j] != data[i][j]) return true;}}return false;}// 矩阵逆时针旋转90度void rotate() {int tmp[N][N] = {0};for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {tmp[i][j] = data[j][N - 1 - i];}}for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {data[i][j] = tmp[i][j];}}}// 重新开始void restart() {for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {data[i][j] = 0;}}randNew();randNew();status = S_NORMAL;}// 随机产生一个新的数字bool randNew() {vector<int> emptyPos;// 把空位置先存起来for (int i = 0; i < N; ++i) {for (int j = 0; j < N; ++j) {if (data[i][j] == 0) {emptyPos.push_back(i * N + j);}}}if (emptyPos.size() == 0) {return false;}// 随机找个空位置int value = emptyPos[rand() % emptyPos.size()];// 10%的概率产生4data[value / N][value % N] = rand() % 10 == 1 ? 4 : 2;return true;}// 左上角为（0，0），在指定的位置画一个字符void drawItem(int row, int col, char c) {move(row, col);addch(c);}//在指定位置写一个字符串void drawString(int row, int col, string str){int num = str.size();while (num--) {drawItem(row, col, str[num]);--col;}}// 游戏里的数字是右对齐，row, col是数字最后一位所在的位置void drawNum(int row, int col, int num) {while (num > 0) {drawItem(row, col, num % 10 + '0');num /= 10;--col;}}//写数值到文件void writeDateToFile(const char *path,int value){ofstream of(path);of << value;of.close();}//读文件中的数值int readDateToFile(const char *path){ifstream inf(path);int sb;inf>>sb;inf.close();return sb;}private:int myScore; //玩家得分int status;       //游戏状态int data[N][N];   //阵盘};void initialize()
{// ncurses初始化initscr();// 按键不需要输入回车直接交互cbreak();// 按键不显示noecho();// 隐藏光标curs_set(0);// 随机数srand(time(NULL));
}void shutdown() {// ncurses清理endwin();
}int main(int argc, char const *argv[])
{initialize();Game2048 game;do {game.draw();game.processInput();}while(S_QUIT != game.getStatus());shutdown();return 0;
}