经典游戏——贪吃蛇

1.   题目描述

      小时候都玩过贪吃蛇这个经典的小游戏，在我们的普通手机里似乎都是必备的。它伴随着我们的童年，经历了好多好多时光。它带给我们了许多的乐趣。学习了c++这门编程语言后，我就想着能不能把它做出来，在我查看了相关知识后，明白了其中的道理，就尝试着自己写出这个小游戏来，而且加入了许多可玩性的东西，包括等级选择，暂停/继续和分数制。整个程序采用了类和数组的相关知识实现。

 2.   分析思路

下面就来讲讲贪吃蛇的整个设计思路：

一、贪吃蛇的特点：随机产生食物后，然后通过上下左右地方向键来控制贪吃蛇的移动，

当碰到食物时，便把它吃掉，从而身体长度增加一个，这里便采用“#”作为蛇头，”*”作为蛇身和食物。

       因此我便想到，产生的食物，是如何达到随机的目的呢？通过查阅资料得知，在time.h头文件中，定义了通过rand()函数来产生随机数。下面是相关知识：

概述

rand()函数是产生随机数的一个随机函数。C语言里还有srand()函数等。

详述

(1)使用该函数首先应在开头包含头文件stdlib.h

#include<stdlib.h>(C++建议使用#include<cstdlib>，下同)

(2)在标准的C库中函数rand()可以生成0~RAND_MAX之间的一个随机数，其中RAND_MAX是stdlib.h 中定义的一个整数，它与系统有关。

(3)rand()函数没有输入参数，直接通过表达式rand()来引用；例如可以用下面的语句来打印两个随机数：

printf("Random numbers are: %i %i\n",rand(),rand());

(4)因为rand()函数是按指定的顺序来产生整数，因此每次执行上面的语句都打印相同的两个值，所以说C语言的随机并不是真正意义上的随机，有时候也叫伪随机数。

(5)为了使程序在每次执行时都能生成一个新序列的随机值，我们通常通过为随机数生成器提供一粒新的随机种子。函数srand()(来自stdlib.h)可以为随机数生成器播散种子。只要种子不同rand()函数就会产生不同的随机数序列。srand()称为随机数生成器的初始化器。

由于一开始没有使用srand()函数，多次运行后发现，每次打开运行后产生的食物位置都是一致的，并没有真正达到随机的目的。因此使用srand()函数，又通过time()函数来每次调用一个系统时间来作为srand()的种子。由于每次调用的系统时间并不相同，所以每次的种子也就不相同，从而使得rand()函数达到了随机数的目的。下面是time()函数相关知识：

time() 函数返回自 Unix 纪元（January 1 1970 00:00:00 GMT）起的当前时间的秒数。

主要用来获取当前的系统时间，返回的结果是一个time_t类型，其值表示从UTC（Coordinated Universal Time）时间1970年1月1日00:00:00（称为UNIX系统的Epoch时间）到当前时刻的秒数。然后调用localtime函数将time_t所表示的UTC时间转换为本地时间（我们是+8区，比UTC多8个小时）并转成struct tm类型，该类型的各数据成员分别表示年月日时分秒。需要包含头文件<time.h>。

C标准库函数

time_t time(time_t *t);

如果t是空指针，直接返回当前时间。如果t不是空指针，返回当前时间的同时，将返回值赋予t指向的内存空间。

这样便通过rand()函数产生了随机数，对其进行取模，便得到一定范围内的随机数了。

二、吃食的问题：当蛇头遇到一个食物时（食物在蛇前进的方向上），便将该食物变为蛇头，然后将原先的蛇头变为蛇身，从而达到了吃食的目的。

那如果没有碰到食物呢？就按照原来的方向或者键盘按下的方向继续前进就是了。

三、实现的问题：如何将每个动态都展现出来呢？就是说贪吃蛇是一下一下往前移动的，这个又是如何实现的呢？

       这里我使用了clock()函数，下面是相关知识：

clock()是C/C++中的计时函数，而与其相关的数据类型是clock_t。在MSDN中，查得对clock函数定义如下：

clock_t clock(void) ;

简单而言，就是该程序从启动到函数调用占用CPU的时间。这个函数返回从“开启这个程序进程”到“程序中调用clock()函数”时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数，在MSDN中称之为挂钟时间（wal-clock）；若挂钟时间不可取，则返回-1。其中clock_t是用来保存时间的数据类型。

         因此，通过定义int start = clock();while(clock()-start<=gamespeed);这样一个方式来达到了延时的目的，延时的时间则根据gamespeed的值来确定，当gamespeed值越小时，延时时间越短。经过延时后，再执行下一步代码，从而实现了贪吃蛇自动前进的功能和控制其前进的速度啦。

         然而，仅仅有这些还是不行的，还需要解决输出问题。

         通过查阅资料得知，system(“cls”);具有清屏的功能，清除当前屏幕上的内容，进行下一步的输出，因此我便使用了每动一下都要进行清屏，然后将贪吃蛇棋盘整个画面进行输出。

四、增加游戏的娱乐性：从中加入等级选择功能，通过输入数字来选择等级，等级越高，贪吃蛇移动速度越快，而且得分越高。得分规则：score += grade*20;

         考虑到游戏的功能性，在游戏结束后输出得分情况，并提示是否继续游戏，而不是直接退出游戏，这样用户就不必每次游戏失败后重新打开程序进行游戏，而是通过选择的方式决定继续游戏或者退出游戏。而且加入暂停功能，当玩家玩累了，需要暂停的时候，按下空格（space）键实现暂停，

但由于我的原因，无法解决需要按两下空格才能继续游戏的bug，就暂定为按两下空格键继续游戏吧。

代码如下：

#include <windows.h>  #include <stdlib.h>  #include <conio.h>  #include <time.h>  #include <cstring>  #include <cstdio>  #include <iostream>  #define  N 22  using namespace std;        int gameover;        int x1, y1; // 随机出米        int x,y;        long start;    //=======================================  //类的实现与应用initialize  //=======================================    //下面定义贪吃蛇的坐标类  class snake_position  {  public:        int x,y;      //x表示行，y表示列        snake_position(){};        void initialize(int &);//坐标初始化      };    snake_position position[(N-2)*(N-2)+1]; //定义贪吃蛇坐标类数组，有(N-2)*(N-2)个坐标    void snake_position::initialize(int &j)  {          x = 1;            y = j;  }      //下面定义贪吃蛇的棋盘图    class snake_map  {    private:        char s[N][N];//定义贪吃蛇棋盘，包括墙壁。        int grade, length;        int gamespeed; //前进时间间隔        char direction; // 初始情况下，向右运动        int head,tail;        int score;        bool gameauto;    public:        snake_map(int h=4,int t=1,int l=4,char d=77,int s=0):length(l),direction(d),head(h),tail(t),score(s){}        void initialize();   //初始化函数        void show_game();        int updata_game();        void setpoint();        void getgrade();        void display();      };    //定义初始化函数，将贪吃蛇的棋盘图进行初始化    void snake_map::initialize()  {      int i,j;        for(i=1;i<=3;i++)            s[1][i] = '*';        s[1][4] = '#';        for(i=1;i<=N-2;i++)            for(j=1;j<=N-2;j++)                s[i][j]=' '; // 初始化贪吃蛇棋盘中间空白部分        for(i=0;i<=N-1;i++)            s[0][i] = s[N-1][i] = '-'; //初始化贪吃蛇棋盘上下墙壁        for(i=1;i<=N-2;i++)            s[i][0] = s[i][N-1] = '|'; //初始化贪吃蛇棋盘左右墙壁  }      //============================================  //输出贪吃蛇棋盘信息    void snake_map::show_game()    {        system("cls"); // 清屏        int i,j;        cout << endl;        for(i=0;i<N;i++)      {            cout << '\t';            for(j=0;j<N;j++)                cout<<s[i][j]<<' '; // 输出贪吃蛇棋盘            if(i==2) cout << "\t等级：" << grade;            if(i==6) cout << "\t速度：" << gamespeed;            if(i==10) cout << "\t得分：" << score << "分" ;            if(i==14) cout << "\t暂停：按一下空格键" ;            if(i==18) cout << "\t继续：按两下空格键" ;            cout<<endl;      }  }    //输入选择等级  void snake_map::getgrade()  {      cin>>grade;        while( grade>7 || grade<1 )      {          cout << "请输入数字1-7选择等级，输入其他数字无效" << endl;            cin >> grade;      }      switch(grade)      {          case 1: gamespeed = 1000;gameauto = 0;break;            case 2: gamespeed = 800;gameauto = 0;break;            case 3: gamespeed = 600;gameauto = 0;break;            case 4: gamespeed = 400;gameauto = 0;break;            case 5: gamespeed = 200;gameauto = 0;break;            case 6: gamespeed = 100;gameauto = 0;break;            case 7: grade = 1;gamespeed = 1000;gameauto = 1;break;        }    }    //输出等级，得分情况以及称号    void snake_map::display()  {        cout << "\n\t\t\t\t等级：" << grade;        cout << "\n\n\n\t\t\t\t速度：" << gamespeed;        cout << "\n\n\n\t\t\t\t得分：" << score << "分" ;    }    //随机产生米  void snake_map::setpoint()  {      srand(time(0));        do      {            x1 = rand() % (N-2) + 1;            y1 = rand() % (N-2) + 1;        }while(s[x1][y1]!=' ');        s[x1][y1]='*';  }    char key;    int snake_map::updata_game()  {      gameover = 1;        key = direction;        start = clock();        while((gameover=(clock()-start<=gamespeed))&&!kbhit());        //如果有键按下或时间超过自动前进时间间隔则终止循环                if(gameover)          {                getch();                key = getch();          }            if(key == ' ')            {              while(getch()!=' '){};//这里实现的是按空格键暂停，按空格键继续的功能，但不知为何原因，需要按两下空格才能继续。这是个bug。          }            else                direction = key;            switch(direction)          {              case 72: x= position[head].x-1; y= position[head].y;break; // 向上                case 80: x= position[head].x+1; y= position[head].y;break; // 向下                case 75: x= position[head].x; y= position[head].y-1;break; // 向左                case 77: x= position[head].x; y= position[head].y+1; // 向右            }            if(!(direction==72||direction==80||direction==75 ||direction==77))   // 按键非方向键                gameover = 0;            else if(x==0 || x==N-1 ||y==0 || y==N-1)   // 碰到墙壁                gameover = 0;            else if(s[x][y]!=' '&&!(x==x1&&y==y1))    // 蛇头碰到蛇身                gameover = 0;            else if(x==x1 && y==y1)            { // 吃米，长度加1                length ++;                if(length>=8 && gameauto)                {                    length -= 8;                    grade ++;                    if(gamespeed>=200)                        gamespeed -= 200; // 改变贪吃蛇前进速度                    else                        gamespeed = 100;                }                s[x][y]= '#';  //更新蛇头                s[position[head].x][position[head].y] = '*'; //吃米后将原先蛇头变为蛇身                head = (head+1) % ( (N-2)*(N-2) );   //取蛇头坐标                position[head].x = x;                position[head].y = y;                show_game();                gameover = 1;                score += grade*20;  //加分                setpoint();   //产生米            }            else          { // 不吃米                s[position[tail].x][position[tail].y]=' ';//将蛇尾置空                tail= (tail+1) % ( (N-2) * (N-2) );//更新蛇尾坐标                s[position[head].x][position[head].y]='*';  //将蛇头更为蛇身                head= (head+1) % ( (N-2) * (N-2) );                position[head].x = x;                position[head].y = y;                s[position[head].x][position[head].y]='#'; //更新蛇头                gameover = 1;            }      return gameover;    }  //====================================  //主函数部分  //====================================  int main()  {      char ctn = 'y';        int nodead;        cout<<"\n\n\n\n\n\t\t\t 欢迎进入贪吃蛇游戏!"<<endl;//欢迎界面;        cout<<"\n\n\n\t\t\t 按任意键马上开始。。。"<<endl;//准备开始;;        getch();        while( ctn=='y' )      {          system("cls"); // 清屏            snake_map snake;            snake.initialize();            cout << "\n\n请输入数字选择游戏等级：" << endl;            cout << "\n\n\n\t\t\t1.等级一：速度 1000 \n\n\t\t\t2.等级二：速度 800 \n\n\t\t\t3.等级三：速度 600 ";            cout << "\n\n\t\t\t4.等级四：速度 400 \n\n\t\t\t5.等级五：速度 200 \n\n\t\t\t6.等级六：速度 100 \n\n\t\t\t7.自动升级模式" << endl;            snake.getgrade();//获取等级            for(int i=1;i<=4;i++)          {              position[i].initialize(i);//初始化坐标          }            snake.setpoint();  // 产生第一个米            do          {              snake.show_game();                nodead = snake.updata_game();            }while(nodead);            system("cls"); //清屏                cout << "\n\n\n\t\t\t\tGameover！\n\n"<<endl;            snake.display();//输出等级/得分情况            cout << "\n\n\n\t\t    是否选择继续游戏？输入 y 继续，n 退出" << endl;            cin >> ctn;        }        return 0;  }