C語言數據結構（6）貪吃蛇項目1.貪吃蛇項目介紹

1. 游戲背景

貪吃蛇是久負盛名的游戲，它也和俄羅斯方塊，掃雷等游戲位列經典游戲的行列。

在編程語言的教學中，我們以貪吃蛇為例，從設計到代碼實現來提升學生的編程能力和邏輯能力。

2. 游戲效果演示

3. 項目目標

使用C語言在Windows環境的控制臺中模擬實現經典小游戲貪吃蛇。

實現基本的功能：

? 貪吃蛇地圖繪制

? 蛇吃食物的功能（上、下、左、右方向鍵控制蛇的動作）

? 蛇撞墻死亡

? 蛇撞自身死亡

? 計算得分

? 蛇身加速、減速

? 暫停游戲

4. 項目定位

? 提高對編程的興趣

??對C語言語法做一個基本的鞏固。

? 對游戲開發有興趣的同學做一個啟發。

? 項目適合：C語言學完的同學，有一定的代碼能力，初步接觸數據結構中的鏈表。

5. 技術要點

C語言函數、枚舉、結構體、動態內存管理、預處理指令、鏈表、Win32 API等。

6. Win32 API介紹

本次實現貪吃蛇會使用到的一些Win32 API 知識，那么就學習一下。

6.1 Win32 API

Windows 這個多作業系統除了協調應用程序的執行、分配內存、管理資源之外，它同時也是一個很大的?服務中心?。

調用這個服務中心的各種服務（每一種服務就是一個函數），可以幫應用程序達到開啟視窗、描繪圖形、使用周邊設備等目的。

由于這些函數服務的對象是應用程序(Application)，所以便稱之為 Application Programming Interface，簡稱 API 函數?。

WIN32 API也就是Microsoft Windows 32位平臺的應用程序編程接口。

system函數是由C語言提供的，WIN32 API是由操作系統提供的。

6.2 控制臺程序（Console）

平常我們運行起來的黑框程序其實就是 控制臺程序 。

?VS2022默認的程序輸出是WIN11提供的終端，不是控制臺程序，需要修改一下。

我們可以使用 cmd命令 來設置控制臺窗口的長寬——命令行命令。

WIN+R，輸入cmd。

示例：設置控制臺窗口的大小，30行，100列。

mode con cols=100 lines=30

參考：mode命令

也可以通過命令設置控制臺窗口的名字。

示例：

title 貪吃蛇

參考：title命令

這些都是在命令行使用命令行命令的方式來設置控制臺的相關參數。

那如果希望使用C語言寫程序的方式，來控制這些相關參數，有沒有什么辦法呢？

其實這些能在控制臺窗口執行的命令，也可以調用C語言函數system來執行這些系統命令。

例如：

#include <stdio.h>int main()
{//設置控制臺窗口的?寬：設置控制臺窗口的大小，30行，100列system("mode con cols=100 lines=30");//設置cmd窗口名稱system("title 貪吃蛇");return 0;
}

這個程序執行之后，顯示的控制臺窗口名稱是“Microsoft Visual Studio調試控制臺”，那是因為當控制臺程序還在運行的時候，顯示的控制臺窗口名稱是“貪吃蛇”，而當程序結束后，顯示的控制臺窗口名稱是“Microsoft Visual Studio調試控制臺”，故而可以在system("title 貪吃蛇");之后加一句getchar()或system("pause")，維持程序運行，觀察system("title 貪吃蛇")的效果。

6.3 控制臺屏幕上的坐標COORD

COORD 是Windows API中定義的一個結構體，表示一個字符在控制臺屏幕緩沖區上的坐標。

坐標（coordinate的縮寫）

坐標系（0,0）的原點位于緩沖區的頂部左側單元格。

COORD類型的聲明。頭文件<windows.h>。

//COORD類型的聲明
typedef struct _COORD {SHORT X;SHORT Y;
} COORD, *PCOORD;

給坐標賦值：

//創建一個坐標結構體變量pos
COORD pos = { 10, 15 };

6.4 GetStdHandle

GetStdHandle()函數是一個Windows API函數。

?GetStdHandle() 用于從一個特定的標準設備（標準輸入、標準輸出或標準錯誤）中取得一個句柄。

?句柄 用來標識不同設備的數值，使用這個特定的句柄就可以操作對應的設備。

HANDLE GetStdHandle(DWORD nStdHandle);

類比：提一桶水需要一個把手，炒一盤菜需要一個鍋把手、一個鍋鏟把手，拿著它才好操作。

同理：你要操作某個控制臺程序，你得能夠獲得它的操作權限、能夠識別出這個操作對象。

實例：

HANDLE hOutput = NULL;    //函數返回值是一個HANDLE類型的指針//獲取標準輸出的句柄(用來標識不同設備的數值)——獲得自己這個控制臺程序的句柄
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);

參數 DWORD nStdHandle 只有3種取值。

6.5 GetConsoleCursorInfo

檢索（獲取）有關指定控制臺屏幕緩沖區的光標大小和光標可見性的信息

BOOL WINAPI GetConsoleCursorInfo(HANDLE hConsoleOutput,PCONSOLE_CURSOR_INFO lpConsoleCursorInfo
);//PCONSOLE_CURSOR_INFO是指向CONSOLE_CURSOR_INFO結構的指針，該結構接收有關主機游標（光標）的信息

光標效果。?

實例：

HANDLE hOutput = NULL;
//獲取標準輸出的句柄(用來標識不同設備的數值)
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);CONSOLE_CURSOR_INFO CursorInfo = {0};            //創建變量接收控制臺光標信息
GetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);//獲取控制臺光標信息

CONSOLE_CURSOR_INFO

?CONSOLE_CURSOR_INFO 是一個結構體。

其中包含有關控制臺光標的信息。

typedef struct _CONSOLE_CURSOR_INFO {DWORD dwSize;BOOL bVisible;
} CONSOLE_CURSOR_INFO, *PCONSOLE_CURSOR_INFO;

? dwSize，由光標填充的字符單元格的百分比。此值介于1到100之間。光標外觀會變化，范圍從完全填充單元格到單元底部的水平線條。

? bVisible，游標的可見性。如果光標可見，則此成員為 TRUE。

CursorInfo.bVisible = false; //隱藏控制臺光標

調試觀察——光標占單元格的1/4。

6.6 SetConsoleCursorInfo

設置指定控制臺屏幕緩沖區的光標大小和光標可見性。

BOOL WINAPI SetConsoleCursorInfo(HANDLE hConsoleOutput,const CONSOLE_CURSOR_INFO *lpConsoleCursorInfo
);

實例：

HANDLE hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);CONSOLE_CURSOR_INFO CursorInfo = {0};          //創建變量接收光標信息
GetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);    //獲取控制臺光標信息//設置光標大小
//CursorInfo.dwSize = 100; 
//隱藏光標操作
CursorInfo.bVisible = false;                   //隱藏控制臺光標——頭文件<stdbool.h>
SetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);    //設置控制臺光標狀態

6.7 SetConsoleCursorPosition

設置指定控制臺屏幕緩沖區中的光標位置。

我們將想要設置的坐標信息放在COORD類型的pos中，調用SetConsoleCursorPosition函數將光標位置設置到指定的位置。

BOOL WINAPI SetConsoleCursorPosition(HANDLE hConsoleOutput,COORD pos
);

實例：

COORD pos = { 10, 5};
HANDLE hOutput = NULL;
//獲取標準輸出的句柄(用來標識不同設備的數值)
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
//設置標準輸出上光標的位置為pos
SetConsoleCursorPosition(hOutput, pos);

將上述代碼封裝成一個函數——SetPos()

封裝一個設置光標位置的函數。

//設置光標的坐標
void SetPos(short x, short y)
{COORD pos = { x, y };HANDLE hOutput = NULL;    //獲取標準輸出的句柄(用來標識不同設備的數值)hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);//設置標準輸出上光標的位置為posSetConsoleCursorPosition(hOutput, pos);
}

?函數測試。

6.8 GetAsyncKeyState

GetAsyncKeyState()函數是用于獲取按鍵情況。

GetAsyncKeyState()的函數原型如下：

SHORT GetAsyncKeyState(int vKey
);

將鍵盤上每個鍵的虛擬鍵值傳遞給函數，函數通過返回值來分辨按鍵的狀態。

?GetAsyncKeyState() 的返回值是short類型，在上一次調用?GetAsyncKeyState 函數后，如果返回的16位的short數據中，最高位是1，說明按鍵的狀態是按下，如果最高是0，說明按鍵的狀態是抬起；如果最低位被置為1則說明，該按鍵被按過，否則為0。

如果我們要判斷一個鍵是否被按過，可以檢測GetAsyncKeyState返回值的最低值是否為1.

#define KEY_PRESS(VK) ( (GetAsyncKeyState(VK) & 0x1) ? 1 : 0 )

參考：虛擬鍵碼（Winuser.h）- Win32 apps?

實例：檢測數字鍵

代碼實現。

#include<stdio.h>
#include <windows.h>#define KEY_PRESS(vk) (GetAsyncKeyState(vk)&0x1 ? 1:0)int main()
{while (1){if (KEY_PRESS(0x30))printf("0\n");else if (KEY_PRESS(0x31))printf("1\n");else if (KEY_PRESS(0x32))printf("2\n");else if (KEY_PRESS(0x33))printf("3\n");else if (KEY_PRESS(0x34))printf("4\n");else if (KEY_PRESS(0x35))printf("5\n");else if (KEY_PRESS(0x36))printf("6\n");else if (KEY_PRESS(0x37))printf("7\n");else if (KEY_PRESS(0x38))printf("8\n");else if (KEY_PRESS(0x39))printf("9\n");}return 0;
}

死循環檢測。

7. 貪吃蛇游戲設計與分析

7.1 地圖

我們最終的貪吃蛇大綱要是這個樣子，那我們的地圖如何布置呢？

這里不得不講一下控制臺窗口的一些知識，如果想在控制臺的窗口中指定位置輸出信息，我們得知道該位置的坐標，所以首先介紹一下控制臺窗口的坐標知識。

控制臺窗口的坐標如下所示，橫向的是X軸，從左向右依次增長，縱向是Y軸，從上到下依次增長。

在游戲地圖上，我們打印墻體使用寬字符：□，打印蛇使用寬字符●，打印食物使用寬字符★

普通的字符是占一個字節的，這類寬字符是占用2個字節。

這里再簡單的講一下C語言的國際化特性相關的知識，過去C語言并不適合非英語國家（地區）使用。

C語言最初假定字符都是單字節的。但是這些假定并不是在世界的任何地方都適用。

后來為了使C語言適應國際化，C語言的標準中不斷加入了國際化的支持。比如：加入和寬字符的類型 wchar_t 和寬字符的輸入和輸出函數，加入<locale.h>頭文件，其中提供了允許程序員針對特定地區（通常是國家或者說某種特定語言的地理區域）調整程序行為的函數。

7.1.1 <locale.h>本地化

<locale.h>提供的函數用于控制C標準庫中對于不同的地區會產生不一樣行為的部分。

在標準中，依賴地區的部分有以下幾項：

? 數字量的格式

? 貨幣量的格式：￥（人民幣）、$（美元）、￡（英鎊）、……

? 字符集

? 日期和時間的表示形式：1/25/2024、2024/1/25、……

7.1.2 類項

通過修改地區，程序可以改變它的行為來適應世界的不同區域。

但地區的改變可能會影響庫的許多部分，其中一部分可能是我們不希望修改的。

所以C語言支持針對不同的類項進行修改，下面的一個宏，指定一個類項：

? LC_COLLATE：影響字符串比較函數 strcoll() 和 strxfrm() 。

? LC_CTYPE：影響字符處理函數的行為。

? LC_MONETARY：影響貨幣格式。

? LC_NUMERIC：影響 printf() 的數字格式。

? LC_TIME：影響時間格式 strftime() 和 wcsftime() 。

? LC_ALL - 針對所有類項修改，將以上所有類項，設置為給定的語言環境（地區）。

每個類項的詳細說明，請參考

7.1.3 setlocale函數

char* setlocale (int category, const char* locale);

setlocale 函數用于修改當前地區，可以針對一個類項修改，也可以針對所有類項。

//setlocale()函數的參數說明

? setlocale 的第一個參數可以是前面說明的類項中的一個，那么每次只會影響一個類項。

//例如：第一個參數是LC_ALL，就會影響所有的類項。

? C標準給第二個參數僅定義了2種可能取值：?"C" （正常模式）和 " " （本地模式）。

在任意程序執行開始，都會隱藏式執行調用：

setlocale(LC_ALL, "C");

當地區設置為"C"時，庫函數按正常方式執行，小數點是一個點。

當程序運行起來后想改變地區，就只能顯示調用setlocale()函數。用" "作為第2個參數，調用setlocale 函數就可以切換到本地模式，這種模式下程序會適應本地環境。

比如：切換到我們的本地模式后就支持寬字符（漢字）的輸出等。

setlocale(LC_ALL, " ");//切換到本地環境

?setlocale() 的返回值是一個字符串指針，表示已經設置好的格式。

如果調用失敗，則返回空指針 NULL 。

?setlocale() 可以用來查詢當前地區，這時第二個參數設為 NULL 就可以了。

#include <locale.h>
int main()
{char* loc;loc = setlocale(LC_ALL, NULL);printf("默認的本地信息:%s\n", loc);loc = setlocale(LC_ALL,"");printf("設置后的本地信息:%s\n", loc) ;return 0;
}

執行結果。

其他測試。

7.1.4 寬字符的打印

那如果想在屏幕上打印寬字符，怎么打印呢？

寬字符的字面量必須加上前綴L，否則C語言會把字面量當作窄字符類型處理。

前綴L在單引號前面，表示寬字符，寬字符的打印使用wprintf，對應wprintf()的占位符為%lc；

在雙引號前面，表示寬字符串，對應wprintf()的占位符方%ls。

#include <stdio.h>
#include<locale.h>
int main() {setlocale(LC_ALL, "");wchar_t ch1 = L'●';wchar_t ch2 = L'?';wchar_t ch3 = L'特';wchar_t ch4 = L'★';printf("%c%c\n", 'a', 'b');wprintf(L"%lc\n", ch1);wprintf(L"%lc\n", ch2);wprintf(L"%lc\n", ch3);wprintf(L"%lc\n", ch4);return 0;
}

輸出結果。

普通字符和寬字符打印出寬度的展示如下。

7.1.5 地圖坐標

我們假設實現一個棋盤27行，58列的棋盤（行和列可以根據自己的情況修改）.

列最好是2的倍數——因為一個寬字符占2個窄字符的位置，坐標系的x軸是按照單字符來算的。

再圍繞地圖畫出墻，如下：

7.2 蛇身和食物

初始化狀態，假設蛇的長度是5，蛇身的每個節點是●，在固定的一個坐標處，比如(24, 5)處開始出現蛇，連續5個節點。

注意：蛇的每個節點的x坐標（左單字符的x）必須是2個倍數，否則可能會出現蛇的一個節點有一半兒出現在墻體中，另外一般在墻外的現象，坐標不好對齊。

關于食物，就是在墻體內隨機生成一個坐標（x坐標必須是2的倍數），坐標不能和蛇的身體重合，然后打印★。

7.3 數據結構設計

在游戲運行的過程中，蛇每次吃一個食物，蛇的身體就會變長一節，如果我們使用鏈表存儲蛇的信息，那么蛇的每一節其實就是鏈表的每個節點。每個節點只要記錄好蛇身節點在地圖上的坐標就行，所以蛇節點結構如下：

typedef struct SnakeNode
{int x;int y;struct SnakeNode* next;
}SnakeNode, * pSnakeNode;

要管理整條貪吃蛇，我們再封裝一個Snake的結構來維護整條貪吃蛇：

typedef struct Snake
{pSnakeNode _pSnake;    //維護整條蛇的指針pSnakeNode _pFood;     //維護?物的指針enum DIRECTION _Dir;   //蛇頭的?向默認是向右enum GAME_STATUS _Status;//游戲狀態int _Socre;            //當前獲得分數int _foodWeight;       //默認每個?物10分int _SleepTime;        //每??步休眠時間
}Snake, * pSnake;

蛇的方向，可以一一列舉，使用枚舉。

//方向
enum DIRECTION
{UP = 1,DOWN,LEFT,RIGHT
};

游戲狀態，可以一一列舉，使用枚舉。

//游戲狀態
enum GAME_STATUS
{OK,//正常運?KILL_BY_WALL,//撞墻KILL_BY_SELF,//咬到??END_NOMAL//正常結束
};