C语言——海龟作图（对之前所有内容复习）

一.问题描述

海龟作图

     设想有一只机械海龟，他在C程序控制下在屋里四处爬行。海龟拿了一只笔，这支笔或者朝上，或者朝下。当笔朝下时，海龟用笔画下自己的移动轨迹；当笔朝上时，海龟在移动过程中什么也不画。

      使用一个50*50的数组floor，用于记录海龟绘制的图形，数组元素初始化为0。在海龟爬行过程中，如果笔朝下，就把数组floor中对应于海龟所处位置的元素置为1。当给出命令6（打印命令）后，数组中元素为1的位置全部用星号显示，元素为0的位置全部用空格显示。

      海龟会从一个装有命令的数组中读取各种命令。

      假定海龟总是从地板上（0,0）出发，并且开始时笔是朝上的。

首先我们逐个分析：

二.问题解决

1. 头文件与宏定义

#include <stdio.h>

// 定义命令数组大小和图形数组大小
#define COMMANDSIZE 100
#define PICSIZE 50
  • #include <stdio.h>：引入标准输入输出库，用于实现基本的输入输出功能，如printf和scanf函数。
  • COMMANDSIZE：定义了存储用户输入命令的数组的大小，用于限制可接收的命令数量。
  • PICSIZE：确定了用于记录海龟绘制图形的二维数组的行数和列数，这里设定为 50 * 50 的矩阵。

2. 函数声明

void getCommand(int commands[], int size);
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols);
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols);
  • 这三个函数分别负责获取用户输入的命令、根据命令控制海龟作图以及将绘制的图形以可视化形式打印出来。
  • 函数声明告诉编译器这些函数的存在及其参数类型和返回值类型，使得在main函数中调用这些函数时编译器能够识别。

3. main函数

int main(void) {
    int commands[COMMANDSIZE];  // 存储命令
    int floor[PICSIZE][PICSIZE] = { 0 };  // 存储图片

    getCommand(commands, COMMANDSIZE);  // 获取命令
    draw(commands, COMMANDSIZE, floor, PICSIZE, PICSIZE);  // 作图

    return 0;
}
  • 在main函数中，首先定义了两个数组：
    • commands数组用于存储用户输入的命令，其大小由COMMANDSIZE决定。
    • floor二维数组用于记录海龟绘制的图形，初始化为全 0，表示初始时没有绘制任何内容。
  • 然后依次调用getCommand函数获取用户输入的命令，将commands数组和其大小作为参数传递进去。
  • 接着调用draw函数，传递commands数组、其大小、floor数组以及floor数组的行数和列数作为参数，根据输入的命令控制海龟在floor数组上 “作画”。

4. getCommand函数

void getCommand(int commands[], int size) {
    int i;
    i = 0;
    printf("input the commands\n");
    scanf("%d", &commands[i]);
    while (commands[i]!= 9) {
        if (commands[i] == 5) {  // 继续读取前进的格数
            printf("input steps: ");
            i++;
            scanf("%d", &commands[i]);
        }
        i++;
        scanf("%d", &commands[i]);
    }
}
  • 这个函数用于获取用户输入的命令序列。
  • 首先初始化索引变量i为 0，然后提示用户输入命令。
  • 使用scanf函数读取用户输入的第一个命令，并存储到commands数组中。
  • 进入while循环，只要当前命令不是结束标记 9，就继续读取命令。
    • 如果读取到的命令是 5，表示海龟要向前移动，此时需要额外读取一个表示移动格数的整数，并将其存储到commands数组的下一个位置（i自增后存储）。
    • 无论何种命令，每次读取完命令后i都会自增，准备读取下一个命令。

5. draw函数

void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols) {
    int write = 0;  // 笔的朝向，0表示朝上，1表示朝下
    int row = 0, col = 0;  // 海龟当前位置
    int dir = 0;  // 海龟的朝向，0表示北，1表示东，2表示南，3表示西

    for (int i = 0; i < size && commands[i]!= 9; i++) {
        switch (commands[i]) {
        case 1:
            write = 0;
            break;
        case 2:
            write = 1;
            break;
        case 3:  // 右转
            dir = (dir + 1) % 4;
            break;
        case 4:  // 左转
            dir = (dir + 3) % 4;
            break;
        case 5: {  // 画图
            int steps = commands[++i];  // 获取前进格数
            for (int j = 0; j < steps; j++) {
                if (write == 1) {  // 如果笔朝下，则画图
                    floor[row][col] = 1;
                }
                // 根据海龟朝向更新位置
                switch (dir) {
                case 0:  // 向北
                    if (row > 0) {
                        row--;
                    }
                    break;
                case 1:  // 向东
                    if (col < cols - 1) {
                        col++;
                    }
                    break;
                case 2:  // 向南
                    if (row < rows - 1) {
                        row++;
                    }
                    break;
                case 3:  // 向西
                    if (col > 0) {
                        col--;
                    }
                    break;
                }
            }
            break;
        }
        case 6:
            printArray(floor, rows, cols);
            break;
        }
    }
}
  • 此函数是海龟作图的核心逻辑部分。
  • 定义了三个变量来记录海龟的状态：
    • write表示笔的朝向，初始化为 0（朝上）。
    • row和col表示海龟当前在floor数组中的位置，初始化为 (0, 0)。
    • dir表示海龟的朝向，初始化为 0（向北）。
  • 使用for循环遍历commands数组中的命令，直到遇到结束标记 9 或超出数组范围。
    • 根据不同的命令，通过switch语句进行相应的操作：
      • 命令 1：将write设置为 0，使笔朝上。
      • 命令 2：将write设置为 1，使笔朝下，准备绘制轨迹。
      • 命令 3：使海龟右转，通过将dir加 1 并对 4 取模来更新朝向（实现循环转向）。
      • 命令 4：使海龟左转，通过将dir加 3 并对 4 取模来更新朝向（实现循环转向）。
      • 命令 5：首先获取前进格数steps，然后在一个内层循环中，根据笔的朝向和海龟的当前位置，在floor数组中记录轨迹（如果笔朝下），并根据海龟的朝向更新其位置。
      • 命令 6：调用printArray函数打印当前floor数组中的图形。

6. printArray函数

void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols) {
    int row, col;
    printf("the array is:\n");
    for (row = 0; row <= rows - 1; row++) {
        for (col = 0; col <= cols - 1; col++) {
            if (a[row][col]!= 0) {
                printf("*");
            }
            else {
                printf(" ");
            }
        }
        printf("\n");
    }
}
  • 该函数用于将floor数组中的图形以可视化形式打印出来。
  • 使用两层嵌套的for循环遍历floor数组的每一个元素。
  • 如果元素的值不为 0，表示海龟在该位置绘制过，打印星号 “*”；否则打印空格 “ ”。
  • 每行遍历完后打印换行符，以形成正确的图形输出格式。

三.完整代码如下所示

#include <stdio.h>

// 定义命令数组大小和图形数组大小
#define COMMANDSIZE 100
#define PICSIZE 50

// 函数声明
void getCommand(int commands[], int size);
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols);
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols);

int main(void) {
    int commands[COMMANDSIZE];  // 存储命令
    int floor[PICSIZE][PICSIZE] = { 0 };  // 存储图片

    getCommand(commands, COMMANDSIZE);  // 获取命令
    draw(commands, COMMANDSIZE, floor, PICSIZE, PICSIZE);  // 作图

    return 0;
}

// 获取命令函数
void getCommand(int commands[], int size) {
    int i;
    i = 0;
    printf("input the commands\n");
    scanf("%d", &commands[i]);
    while (commands[i]!= 9) {
        if (commands[i] == 5) {  // 继续读取前进的格数
            printf("input steps: ");
            i++;
            scanf("%d", &commands[i]);
        }
        i++;
        scanf("%d", &commands[i]);
    }
}

// 作图函数
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols) {
    int write = 0;  // 笔的朝向，0表示朝上，1表示朝下
    int row = 0, col = 0;  // 海龟当前位置
    int dir = 0;  // 海龟的朝向，0表示北，1表示东，2表示南，3表示西

    for (int i = 0; i < size && commands[i]!= 9; i++) {
        switch (commands[i]) {
        case 1:
            write = 0;
            break;
        case 2:
            write = 1;
            break;
        case 3:  // 右转
            dir = (dir + 1) % 4;
            break;
        case 4:  // 左转
            dir = (dir + 3) % 4;
            break;
        case 5: {  // 画图
            int steps = commands[++i];  // 获取前进格数
            for (int j = 0; j < steps; j++) {
                if (write == 1) {  // 如果笔朝下，则画图
                    floor[row][col] = 1;
                }
                // 根据海龟朝向更新位置
                switch (dir) {
                case 0:  // 向北
                    if (row > 0) {
                        row--;
                    }
                    break;
                case 1:  // 向东
                    if (col < cols - 1) {
                        col++;
                    }
                    break;
                case 2:  // 向南
                    if (row < rows - 1) {
                        row++;
                    }
                    break;
                case 3:  // 向西
                    if (col > 0) {
                        col--;
                    }
                    break;
                }
            }
            break;
        }
        case 6:
            printArray(floor, rows, cols);
            break;
        }
    }
}

// 打印图形函数
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols) {
    int row, col;
    printf("the array is:\n");
    for (row = 0; row <= rows - 1; row++) {
        for (col = 0; col <= cols - 1; col++) {
            if (a[row][col]!= 0) {
                printf("*");
            }
            else {
                printf(" ");
            }
        }
        printf("\n");
    }
}

接下来我们尝试绘制想要的图形。

比如我们要绘制12*12的矩形我们只需要这样：

运行结果如下：

三角形套三角形（类似谢尔宾斯基三角形的简单形式）

  • 初始状态：笔朝上，海龟在原点 (0, 0)。
  • 输入命令：
    • 2（笔朝下，开始绘制）
    • 5 12（向前移动 12 格，绘制大三角形的一条边）
    • 4（左转）
    • 5 6（向前移动 6 格，准备绘制内部小三角形的边）
    • 3（右转）
    • 5 6（向前移动 6 格，绘制内部小三角形的一条边）
    • 4（左转）
    • 5 3（向前移动 3 格，准备绘制更小三角形的边）
    • 3（右转）
    • 5 3（向前移动 3 格，绘制更小三角形的一条边）
    • 4（左转）
    • 5 1.5（向前移动 1.5 格，可根据实际精度调整，准备绘制最内部三角形的边）
    • 3（右转）
    • 5 1.5（向前移动 1.5 格，绘制最内部三角形的一条边）
    • 1（笔朝上，停止绘制）
    • 6（打印图形）
    • 9（结束命令输入）
  • 图形效果：绘制出一个大三角形，内部嵌套两个逐渐变小的三角形。

  • 运行结果

  •         *
       * *
      *   *
     *     *
    *       *
   *         *
  *           *
 *             *
*****************
*               *
 *             *
  *           *
   *         *
    *       *
     *     *
      *   *
       * *
        *

    本期海龟作图就分享到这里。

  • 往期回顾：

C语言——指针初阶（一）-CSDN博客

C语言函数递归经典题型——汉诺塔问题-CSDN博客

C语言——数组基本知识（二）-CSDN博客

C语言——数组基本知识（一）-CSDN博客

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Java篇——Java通过JNA调用c++库时传参含有结构体时数据错乱的解决办法

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Java通过JNA调用c库时传参含有结构体时&#xff0c;只继承Structure是不够的&#xff0c;还需要实现Structure.ByValue&#xff0c;或者强制指定结构体字节对齐。示例如下&#xff1a; 1、c库中的结构体定义&#xff1a; 2、java中结构体定义&#xff1a; 3、java中调用 如果没…
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