CS課程項目設計2：交互友好的五子棋游戲

上次給大家分享了井字棋游戲的設計流程

CS課程項目設計1：交互友好的井字棋游戲-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_36431280/article/details/149309500?spm=1001.2014.3001.5501今天打算再分享進階版井字棋游戲的版本設計——五子棋游戲。五子棋游戲操作方式與之前的井字棋類似，但策略性更強。玩家輪流在空白位置放置棋子，先在橫、豎、斜方向上形成連續五個同色棋子的一方獲勝。

再次給這個CS課程項目設計專欄打個廣告，門為計算機專業的同行分享一些入門級的課程項目設計，旨在讓同學更好地了解CS項目的設計流程，同時給出代碼來介紹coding過程，歡迎交流。

1. 研究目的

五子棋作為一種傳統的策略性棋類游戲，具有規則簡單但策略深度高的特點，在全球范圍內擁有廣泛的愛好者群體。隨著數字化娛樂需求的增長，開發一款功能完善、交互友好的五子棋游戲具有實際應用價值。當前市場上的五子棋應用雖然眾多，但部分存在界面設計陳舊、功能單一、缺乏本地化支持等問題。本項目旨在開發一款具有現代 UI 設計、豐富交互功能和本地化支持的五子棋游戲，滿足用戶對高品質數字娛樂的需求。

此外，隨著 Python 編程語言在教育和開發領域的普及，使用 Python 開發桌面游戲成為教學和學習的重要實踐案例。通過實現五子棋游戲，可以深入理解面向對象編程、圖形界面設計、事件處理等核心編程概念。

本項目的主要研究目的是設計并實現一款功能完整、交互友好的五子棋游戲，具體目標包括：

實現五子棋的基本游戲規則，包括 15×15 棋盤、黑白棋子交替落子、五子連珠判定勝負等。
提供友好的用戶界面，支持玩家自定義名稱、悔棋、保存 / 加載游戲進度等功能。
引入音效和動畫效果，增強游戲的視覺和聽覺反饋，提高用戶體驗。
確保代碼結構清晰、模塊化，便于后續擴展和維護，例如添加 AI 對戰、網絡對戰等功能。
優化中文顯示支持，適應中文用戶的使用習慣。

2. 技術方案

本項目采用 Python 語言結合 tkinter 庫實現，具體技術方案如下：

開發語言：Python 3.8
GUI 庫：tkinter（Python 內置庫，無需額外安裝）
數據存儲：JSON 格式文件用于保存和加載游戲進度
多線程處理：使用 threading 模塊處理音效播放和復雜動畫，避免阻塞 UI 線程
動畫實現：通過 tkinter 的 update () 方法和延時函數實現簡單動畫效果
本地化支持：通過字體設置和文本配置確保中文顯示正常

系統架構采用面向對象設計，主要類包括：

Gomoku：游戲主類，負責管理游戲狀態、處理用戶輸入和更新界面
界面組件：包括棋盤按鈕、狀態標簽、控制按鈕等，通過 tkinter 實現

3. 實現流程

明確游戲的基本功能和交互邏輯，設計數據結構和類的關系。確定需要實現的核心功能包括：棋盤顯示、玩家輪流落子、勝負判定、悔棋、保存 / 加載游戲等。

首先實現游戲的核心邏輯，包括：

初始化 15×15 棋盤和游戲狀態
處理玩家點擊事件，更新棋盤狀態
判斷勝負條件（五子連珠）
實現玩家輪流機制

其中，處理玩家點擊事件，更新棋盤狀態的代碼如下所示：

def make_move(self, row, col):"""處理玩家移動"""if self.board[row][col] == ' ' and self.game_active:# 記錄當前移動到歷史self.move_history.append((row, col, self.current_player))self.undo_button.config(state=tk.NORMAL)  # 啟用悔棋按鈕# 播放放置音效self.play_sound('place')# 添加放置動畫self.animate_cell(row, col)# 更新棋盤數據self.board[row][col] = self.current_player# 更新按鈕顯示（使用●表示黑棋，○表示白棋）symbol = '●' if self.current_player == 'X' else '○'self.buttons[row][col].config(text=symbol)# 記錄上一步self.last_move = (row, col)self.last_move_label.config(text=f"上一步: {self.player_names[self.current_player]} 在位置 {row + 1},{col + 1}")# 檢查游戲狀態if self.check_winner(self.current_player):self.status_label.config(text=f"{self.player_names[self.current_player]} 獲勝！")self.game_active = Falseself.undo_button.config(state=tk.DISABLED)  # 禁用悔棋按鈕# 播放勝利音效和動畫self.play_sound('win')self.animate_winning_cells()messagebox.showinfo("游戲結束", f"{self.player_names[self.current_player]} 獲勝！")elif self.is_board_full():self.status_label.config(text="游戲平局！")self.game_active = Falseself.undo_button.config(state=tk.DISABLED)  # 禁用悔棋按鈕# 播放平局音效self.play_sound('draw')messagebox.showinfo("游戲結束", "游戲平局！")else:# 切換玩家self.current_player = 'O' if self.current_player == 'X' else 'X'self.status_label.config(text=f"當前玩家: {self.player_names[self.current_player]}")

當前玩家可以看到上一位玩家的下子坐標位置，可視化界面如下所示：

判斷勝負和平局條件的代碼如下所示：

def check_winner(self, player):"""檢查玩家是否獲勝，并記錄獲勝的格子"""directions = [(0, 1), (1, 0), (1, 1), (1, -1)]  # 水平、垂直、對角線、反對角線for row in range(self.board_size):for col in range(self.board_size):if self.board[row][col] == player:for dx, dy in directions:# 檢查當前方向上是否有連續五個相同的棋子line = []for i in range(5):r = row + i * dxc = col + i * dyif 0 <= r < self.board_size and 0 <= c < self.board_size and self.board[r][c] == player:line.append((r, c))else:breakif len(line) == 5:self.winning_cells = linereturn Truereturn False

此外，該項目使用 tkinter 創建用戶界面，包括：

設計 15×15 棋盤布局和樣式
添加狀態顯示區域，顯示當前玩家和游戲狀態
實現控制按鈕（悔棋、保存 / 加載、重新開始等）
支持玩家自定義名稱

其中，支持玩家自定義名稱的代碼如下所示：

def set_player_names(self):"""設置玩家名稱"""# 詢問玩家X的名稱name = simpledialog.askstring("玩家名稱", "請輸入黑棋玩家的名稱:", parent=self.root)if name:self.player_names['X'] = name# 詢問玩家O的名稱name = simpledialog.askstring("玩家名稱", "請輸入白棋玩家的名稱:", parent=self.root)if name:self.player_names['O'] = name# 更新玩家標簽self.player_x_label.config(text=f"{self.player_names['X']} (黑棋)")self.player_o_label.config(text=f"{self.player_names['O']} (白棋)")self.status_label.config(text=f"當前玩家: {self.player_names[self.current_player]}")# 啟用保存按鈕self.save_button.config(state=tk.NORMAL)

支持玩家自定義名稱的可視化界面如下所示：

?我們逐步添加附加功能：

悔棋功能：記錄歷史操作，支持撤銷上一步
保存 / 加載功能：使用 JSON 格式保存游戲狀態到文件
音效系統：使用 playsound 庫播放操作音效
動畫效果：為棋子放置和獲勝狀態添加視覺動畫
本地化支持：確保中文顯示正常

其中，悔棋功能的代碼如下所示：

def undo_move(self):"""悔棋功能"""if not self.move_history:return  # 沒有歷史記錄# 播放悔棋音效self.play_sound('undo')# 恢復上一步row, col, player = self.move_history.pop()self.board[row][col] = ' 'self.buttons[row][col].config(text='', bg='SystemButtonFace')  # 恢復默認背景# 清除獲勝高亮if self.winning_cells:for r, c in self.winning_cells:self.buttons[r][c].config(bg='SystemButtonFace')self.winning_cells = []# 更新上一步信息if self.move_history:last_row, last_col, last_player = self.move_history[-1]self.last_move = (last_row, last_col)self.last_move_label.config(text=f"上一步: {self.player_names[last_player]} 在位置 {last_row + 1},{last_col + 1}")else:self.last_move = Noneself.last_move_label.config(text="上一步: 無")# 切換回上一個玩家self.current_player = playerself.status_label.config(text=f"當前玩家: {self.player_names[self.current_player]}")# 重新激活游戲（如果之前結束了）self.game_active = True# 如果沒有歷史記錄了，禁用悔棋按鈕if not self.move_history:self.undo_button.config(state=tk.DISABLED)

悔棋功能的可視化界面如下所示：