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/441027904
	int row = 0, column = 0;
	//读取行数和列数
	//(1) your code


	for (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 code

	return 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);//up
	case 'a':
	case 'A':
		return GoAhead(0, -1);//left
	case 'd':
	case 'D':
		return GoAhead(0, +1);//right
	case 's':
	case 'S':
		return GoAhead(+1, 0);//down
	default:
		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 code
		if (!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;
}