贪吃蛇的进阶——智能贪吃蛇

首先让我们来看一下一个别人做好的成品:最终可以填满屏幕的终极贪吃蛇:这里写图片描述
这个图以前一度在微博上非常火热。
那么看了这个图之后,可不可以给我们做AL贪吃蛇一点小小的启示呢?
在写这个代码之前,最最重要的是找到一种“不会死”的算法,让写好的AL贪吃蛇可以“顾全大局”,而不是为了眼前的食物将自己赶上绝路。
比如说,如果你想出来的算法是计算蛇头到食物的最短距离,那么估计吃个几个食物就会把自己困死,可以看到上面GIF动图中,蛇做了一些为了自己的下一步能吃到食物的准备工作:比如说,尽量贴着自己的身体走,在地图旁边留出一条能“回头”的路等等。
当然了,这种AL贪吃蛇也会有一种无脑模式:那就是按照“S”型路线走到底,这种算法虽然会让填满屏幕的时间大大加长,但仍然不失为填满屏幕的方法。上GIF图显然不是通过这种算法实现的,它在考虑下一步的时候,也同时考虑进去了这一步所花费的最短路程,也就是以最短的时间吃到食物。显然这种无脑模式只保证了第一个条件,而并没有考虑到第二个条件。
所以,在考虑到下一步吃食物的时候,能给自己找到后路,总结出了做AL贪吃蛇的策略:首先需要判断,如果吃完食物还可以找到到自己的退路(尾巴路线)的话,才去吃食物;如果没有这个路线,那么下一步应该考虑往旁边走一格,且要求走了这一格之后满足之前的判断。但如果往旁边走有多种选择都可以满足判断的时候该怎么办呢?那么应该是选择“绕远”而不是“择近”,这样的选择应该是最优的。
通过这样一种“保障”,智能蛇在不无脑的模式下应该是会比选择最短距离这种算法吃到的食物更多,不过呢,中间可能会还有一些因素没有考虑到,铺满屏幕还不是很现实。

### 三级标题:游戏开发概述 贪吃蛇是一款经典的控制台或图形界面游戏,其核心逻辑围绕蛇的移动、食物生成、碰撞检测以及得分机制展开。通过C++实现该游戏,不仅可以锻炼面向对象编程能力,还能深入理解资源管理、状态控制、输入处理等编程技巧。课程以控制台版本为基础,逐步引导学生掌握从框架搭建到功能实现的全过程。 ### 三级标题:项目结构与模块划分 游戏整体采用模块化设计,主要包括以下核心模块: - **初始化模块**:设置游戏参数、窗口清屏、随机数种子等 - **绘制模块**:负责在控制台中绘制游戏边界、蛇身、食物等元素 - **输入模块**:监听用户按键输入,控制蛇的移动方向 - **逻辑模块**:处理蛇的移动、食物检测、边界穿越、碰撞判断等核心逻辑 - **主循环模块**:协调各模块运行,控制游戏流程 ### 三级标题:游戏初始化与窗口设置 游戏开始前需要初始化基本参数,包括窗口尺寸、蛇的初始位置、食物坐标、得分等。使用常量定义窗口宽度和高度,便于后续维护。通过 `system("cls")` 清除屏幕,确保游戏界面整洁。随机数种子使用 `srand(time(0))` 初始化,以生成随机食物位置。 ```cpp const int width = 20; const int height = 20; int x, y, fruitX, fruitY, score; bool gameOver = false; void Setup() { x = width / 2; y = height / 2; fruitX = rand() % width; fruitY = rand() % height; score = 0; } ``` ### 三级标题:游戏界面绘制逻辑 绘制模块负责在控制台中显示游戏元素,包括边界、蛇身和食物。使用双重循环遍历整个游戏区域,边界用特定字符(如 ■)表示。蛇身和食物分别用不同的符号(如 O 和 *)表示。通过判断当前坐标是否与蛇头或食物重合,决定输出内容。 ```cpp void Draw() { // 绘制上边界 for (int i = 0; i <= width; i += 2) { std::cout << "■"; } std::cout << std::endl; // 绘制中间区域 for (int i = 0; i < height; ++i) { std::cout << "■"; // 左边界 for (int j = 0; j < width - 2; ++j) { if (i == y && j == x) std::cout << "O"; // 蛇头 else if (i == fruitY && j == fruitX) std::cout << "*"; // 食物 else std::cout << " "; } std::cout << "■" << std::endl; // 右边界 } // 绘制下边界 for (int i = 0; i <= width; i += 2) { std::cout << "■"; } std::cout << std::endl; } ``` ### 三级标题:用户输入与方向控制 输入模块通过监听键盘输入来改变蛇的移动方向。常用方向键为 W、A、S、D 或 ↑、←、↓、→。使用 `kbhit()` 和 `getch()` 函数检测按键,避免阻塞主线程。方向控制使用枚举或整数变量表示,如 `STOP`, `LEFT`, `RIGHT`, `UP`, `DOWN`。 ```cpp enum Direction { STOP, LEFT, RIGHT, UP, DOWN }; Direction dir; void Input() { if (_kbhit()) { switch (_getch()) { case 'a': case 'A': case 75: dir = LEFT; break; case 'd': case 'D': case 77: dir = RIGHT; break; case 'w': case 'W': case 72: dir = UP; break; case 's': case 'S': case 80: dir = DOWN; break; case 'x': case 'X': gameOver = true; break; } } } ``` ### 三级标题:游戏逻辑与状态更新 逻辑模块是游戏的核心,处理蛇的移动、食物检测、边界穿越、得分更新等逻辑。蛇的移动通过更新坐标实现,若碰到食物则增加长度并生成新食物。边界穿越采用“穿越回另一边”的方式,即当蛇头超出边界时自动出现在对边。 ```cpp void Logic() { switch (dir) { case LEFT: x--; break; case RIGHT: x++; break; case UP: y--; break; case DOWN: y++; break; default: break; } // 边界穿越 if (x >= width) x = 0; else if (x < 0) x = width - 1; if (y >= height) y = 0; else if (y < 0) y = height - 1; // 食物检测 if (x == fruitX && y == fruitY) { score += 10; fruitX = rand() % width; fruitY = rand() % height; } } ``` ### 三级标题:主循环与游戏流程控制 主循环模块协调各模块的执行顺序,确保游戏流畅运行。使用 `while (!gameOver)` 控制循环,每次循环依次执行绘制、输入、逻辑模块。通过 `Sleep()` 控制游戏速度,避免画面刷新过快。 ```cpp int main() { Setup(); while (!gameOver) { Draw(); Input(); Logic(); Sleep(100); // 控制游戏速度 } return 0; } ``` ### 三级标题:资源管理与对象生命周期 在更复杂的项目中,例如基于类的设计,需注意对象的生命周期管理。C++中可使用RAII(Resource Acquisition Is Initialization)范式确保资源正确释放,如使用智能指针管理动态分配的对象。例如,蛇身可以使用 `std::vector<std::pair<int, int>>` 存储坐标,通过 `push_back()` 和 `erase()` 实现蛇的伸缩[^1]。 ### 三级标题:扩展与进阶方向 - **图形化版本**:使用 Qt 或 SFML 实现图形界面,提升用户体验[^3] - **游戏难度控制**:根据得分动态调整蛇的移动速度 - **高分记录**:将得分保存至文件或数据库,实现排行榜功能 - **多人模式**:增加多个蛇对象,实现对战或合作玩法 ###
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