最近突然想開設一個專欄了，專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。
今天要分享的是第一個CS課程項目：交互友好的井字棋游戲。
1. 研究目的
井字棋（Tic-Tac-Toe）作為一款經典的雙人策略游戲，具有規則簡單、易于理解的特點，適合作為編程教育和人機交互研究的基礎案例。目前各類知識分享平臺上（如CSDN、知乎）的井字棋游戲雖然數量眾多，但部分存在功能單一、界面簡陋、交互體驗不佳等問題。本項目旨在開發一款具有現代 UI 設計和豐富交互功能的井字棋游戲，滿足用戶對游戲趣味性和易用性的需求。
本項目設計的井字棋游戲包含以下功能：
- 實現井字棋的基本游戲規則，包括輪流落子、勝負判定和平局檢測。
- 提供友好的用戶界面，支持玩家自定義名稱，增強游戲的個性化體驗。
- 開發附加功能，如悔棋、保存 / 加載游戲進度等，提升游戲的實用性。
- 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。
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，避免阻塞 UI 線程
- 動畫效果：通過 tkinter 的 update () 方法和延時函數實現簡單動畫
系統架構采用面向對象設計，將游戲邏輯和界面交互分離，提高代碼的可維護性和可擴展性。主要類包括：
TicTacToe：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
- 判斷勝負和平局條件
- 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self.buttons[row][col].config(text=self.current_player)# 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"""# 檢查行for row in range(3):if all([self.board[row][col] == player for col in range(3)]):self.winning_cells = [(row, col) for col in range(3)]return True# 檢查列for col in range(3):if all([self.board[row][col] == player for row in range(3)]):self.winning_cells = [(row, col) for row in range(3)]return True# 檢查對角線if all([self.board[i][i] == player for i in range(3)]):self.winning_cells = [(i, i) for i in range(3)]return Trueif all([self.board[i][2 - i] == player for i in range(3)]):self.winning_cells = [(i, 2 - i) for i in range(3)]return Truereturn False此外，該項目使用 tkinter 創建用戶界面，包括：
- 設計棋盤布局和樣式
- 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、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", "請輸入玩家X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", "請輸入玩家O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']} (X)")self.player_o_label.config(text=f"{self.player_names['O']} (O)")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
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：
因此，該游戲的主要流程如下所示：
- 初始化 3x3 空棋盤
- 玩家 X 先開始游戲
- 輪流輸入位置（行和列，范圍 1-3）
- 程序會驗證輸入有效性并更新棋盤
- 每次移動后檢查是否有玩家獲勝或平局
- 游戲結束時顯示結果
4. 項目展示
前面說太多了，最后還是上傳個該項目的簡要演示視頻，供大家了解。
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