利用C#实现贪吃蛇

说明

本文根据B站up主唐老狮的课程所学所记

UML

关联： 如类A会有一个类B成员作为它的成员变量
直接关联： 如母鸡类中有一个行为是下蛋，它和气候直接关联
聚合： 如地图类聚合围墙类，鸟群类聚合大雁类
依赖关系： 如动物类依赖于空气类和水类
复合： 如公司类包含各种部门类，部门类和公司类的关系就是复合关系

面向对象七大原则

总体实现目标

高内聚、低耦合，使程序模块的可重用性、移植性增强

高内聚低耦合
从类角度来看：减少类内部对其他类的调用
从功能模块来看：减少模块之间的交互复杂度

单一职责原则（SRP，Single Responsibility Principle）

类被修改的几率很大，因此应该专注于单一的功能。如果把多个功能放在同一个类中，功能之间就形成了关联，改变其中一个功能，有可能中止另一个功能。
例如：假设程序、策划、美术三个工种是三个类，他们应该各司其职，在程序世界中只应该做自己应该做的事情。

开闭原则（OCP，Open-Closed Principle）

对拓展开放，对修改关闭

拓展开放：模块的行为可以被拓展从而满足新的需求
修改关闭：不允许修改模块的源代码（或者尽量使修改最小化）

例如：继承就是最典型的开闭原则的体现，可以通过添加新的子类和重写父类的方法来实现。

里氏替换原则（LSP，Liskov Substitution Principle）

任何父类出现的地方，子类都可以替代
例如：用父类容器装载子类对象，因为子类对象包含了父类的所有内容。

依赖倒转原则（DIP，Dependence Inversion Principle）

要依赖于抽象，不要依赖于具体的实现。
例如：玩家对象抽象出开枪这一行为

迪米特原则（LoP of Demeter）

又称最少知识原则，一个对象应当对其他对象尽可能少的了解，不要和陌生人说话
例如：一个对象中的成员，要尽可能少的直接和其他类建立关系，目的是降低耦合性。

接口分离原则（ISP，Interface Segregation Principle）

不应该强迫别人依赖他们不需要使用的方法，一个接口不需要提供太多的行为，一个接口应该尽量只提供一个对外的功能，让别人去选择需要实现什么样的行为，而不是把所有的行为都封装到一个接口当中。
例如：飞行接口、走路接口、跑步接口等等虽然都是移动的行为，但是我们应该把他们分为一个一个单独的接口，让别人去选择使用。

合成复用原则（CRP，Composite Reuse Principle）

尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的，继承关系是强耦合，组合关系是低耦合。
例如：脸应该是眼镜、鼻子、嘴巴、耳朵的组合，而不是依次的继承。角色和装备也应该是组合，而不是继承。
注意：不能盲目的使用合成复用原则，要在遵循迪米特原则的前提下。

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UML类图

Game对象和场景更新接口

1、创建“贪吃蛇”项目，创建“c1”文件
2、在“c1”文件下创建“Game”类
3、在“c1”文件下创建“ISceneUpdate”接口
4、对“ISceneUpdate”添加Update()方法

5、添加“Game”类所需成员变量

//窗口长宽
public int w = 80;
public int h = 20;
//当前选中场景
public ISceneUpdate nowScene;

6、构造函数实现

public Game()
{
    Console.CursorVisible = false;//鼠标是否隐藏
    Console.SetWindowSize(w, h);//设置窗口大小
    Console.SetBufferSize(w, h);//设置缓冲区大小
}

7、实现游戏主循环：添加start函数

//实现游戏主循环：负责游戏场景逻辑的更新
public void start()
{
    while(true)
    {
        //如果当前场景不为空就更新
        if(nowScene != null)
        {
            nowScene.Update();
        }
    }
}

8、场景切换
①添加E_SceneType枚举

//场景类型枚举
enum E_SceneType
{
    Begin,
    Game,
    End
}

②添加ChangeScene函数

//场景切换
public void ChangeScene(E_SceneType type)
{
//切场景之前应该把上一个场景的绘制内容擦掉
    Console.Clear();

    switch(type)
    {
        case E_SceneType.Begin:
            break;
        case E_SceneType.Game:
            break;
        case E_SceneType.End:
            break;
    }
}

修改文件展示：
Game.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace 贪吃蛇.c1
{
    //场景类型枚举
    enum E_SceneType
    {
        Begin,
        Game,
        End
    }
    class Game
    {
        //窗口长宽
        public int w = 80;
        public int h = 20;
        //当前选中场景
        public ISceneUpdate nowScene;

        public Game()
        {
            Console.CursorVisible = false;//鼠标是否隐藏
            Console.SetWindowSize(w, h);//设置窗口大小
            Console.SetBufferSize(w, h);//设置缓冲区大小
        }
        //实现游戏主循环：负责游戏场景逻辑的更新
        public void start()
        {
            while(true)
            {
                //如果当前场景不为空就更新
                if(nowScene != null)
                {
                    nowScene.Update();
                }
            }
        }
        //场景切换
        public void ChangeScene(E_SceneType type)
        {
            //切场景之前应该把上一个场景的绘制内容擦掉
            Console.Clear();

            switch(type)
            {
                case E_SceneType.Begin:
                    break;
                case E_SceneType.Game:
                    break;
                case E_SceneType.End:
                    break;
            }
        }
    }
}

ISceneUpdate.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace 贪吃蛇.c1
{
    interface ISceneUpdate
    {
        void Update();
    }
}

实现多场景切换

1、创建“c2”文件，添加游戏场景类GameScene，为了继承ISceneUpdate，则需要引用命名空间

using 贪吃蛇.c1;

继承接口ISceneUpdate

namespace 贪吃蛇.c2
{
    class GameScene : ISceneUpdate
    {
        public void Update()
        {
            Console.SetCursorPosition(0, 0);
			Console.Write("游戏场景");
        }
    }
}

3、添加开始和结束场景基类BeginOrEndBaseScene,并继承ISceneUpdate

using 贪吃蛇.c1;

namespace 贪吃蛇.c2
{
    class BeginOrEndBaseScene : ISceneUpdate
    {
        public int nowSelIndex = 0;
        public string strTitle;
        public string strOne;//表示
        public void Update()
        {
            Console.SetCursorPosition(0, 0);
            Console.Write("开始或结束场景");
        }
    }
}

4、修改Game类中的ChangeScene方法

public void ChangeScene(E_SceneType type)
{
    //切场景之前应该把上一个场景的绘制内容擦掉
    Console.Clear();

    switch(type)
    {
        case E_SceneType.Begin:
            nowScene = new BeginOrEndBaseScene();//当前场景为开始或者结束
            break;
        case E_SceneType.Game:
            nowScene = new GameScene();//当前场景为游戏
            break;
        case E_SceneType.End:
            nowScene = new BeginOrEndBaseScene();
            break;
    }
}

在Game类中的构造函数调用ChangeScene方法

ChangeScene(E_SceneType.Begin);

主函数实现如下

运行测试如下

5、开始和结束基类逻辑实现
①首先将Game中的w、h变量改为const常量，方便通过Game直接调用
②将BeginOrEndBaseScene改为抽象类，添加抽象方法，并将该类中的成员变量设置为protected。

public abstract void EnterJDoSomething();//按下j键的逻辑

③实现BeginOrEndBaseScene中的Update方法

public void Update()
{
    //将控制台的前景色设为白色
    Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
    //显示标题
    Console.SetCursorPosition(Game.w / 2 - strTitle.Length, 5);//设置光标在窗口宽度的一半减去字体长度的位置，第五行
    Console.Write(strTitle);//打印标题
    //显示第一个选项
    Console.SetCursorPosition(Game.w / 2 - strOne.Length, 8);
    Console.ForegroundColor = nowSelIndex == 0 ? ConsoleColor.Red : ConsoleColor.White;//根据索引不同调整选中选项颜色
    Console.Write(strOne);
    //显示第二个选项
    Console.SetCursorPosition(Game.w / 2 - 4, 10);
    Console.ForegroundColor = nowSelIndex == 1 ? ConsoleColor.Red : ConsoleColor.White;
    Console.Write("游戏结束");
    //检测输入
    switch (Console.ReadKey(true).Key) 
    {
        case ConsoleKey.W://按下w键
            --nowSelIndex;
            if(nowSelIndex < 0)
            {
                nowSelIndex = 0;
            }
            break;
        case ConsoleKey.S://按下s键
            ++nowSelIndex;
            if (nowSelIndex > 0)
                nowSelIndex = 1;
            break;
        case ConsoleKey.J://按下j键
            EnterJDoSomething();
            break;
    }
}

④将Game类中改变场景ChangeScene方法实例化BeginOrEndBaseScene类注释掉，因为该类已经是一个抽象类，不能被实例化。

6、实现开始场景BeginScene类
①将BeginScene类继承BeginOrEndBaseScene，并实现构造函数将strTitle和strOne初始化

class BeginScene : BeginOrEndBaseScene
{
    public BeginScene() 
    {
        strTitle = "贪吃蛇";
        strOne = "开始游戏";
    }
    public override void EnterJDoSomething()
    {
        
    }
}

②为了能在此类中调用ChangeScene函数，特将Game类中的ChangeScene函数设为static，由于静态方法中不能调用成员变量，则将nowScene也设为静态变量。
③实现EnterJDoSomething方法

public override void EnterJDoSomething()
{
    if(nowSelIndex == 0)
    {
        Game.ChangeScene(E_SceneType.Game);
    }
    else
    {
        Environment.Exit(0);
    }
}

④将Game类中改变场景开始被注释掉的代码改为

运行代码，此时按下w或者s键盘可上下切换，且在开始游戏选项中按下j键可进入游戏场景。


7、实现结束场景EndScene类

class EndScene : BeginOrEndBaseScene
{
    public EndScene() 
    {
        strTitle = "游戏结束";
        strOne = "回到开始界面";
    }
    public override void EnterJDoSomething()
    {
        if (nowSelIndex == 0)
        {
            Game.ChangeScene(E_SceneType.Begin);
        }
        else
        {
            Environment.Exit(0);
        }
    }
}

运行代码，初始出现在结束场景。

游戏对象基类的实现

1、创建c3文件夹，创建IDraw接口，添加Draw方法

2、创建一个类，改名为Position，作为位置结构体

struct Position
{
    public int x;
    public int y;  
    public Position(int x, int y)
    {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    public static bool operator ==(Position p1,Position p2)
    {
        if(p1.x == p2.x && p1.y == p2.y)
        {
            return true;
        }
        return false;
    }
    public static bool operator !=(Position p1, Position p2)
    {
        if (p1.x == p2.x && p1.y == p2.y)
        {
            return false;
        }
        return true;
    }
}

3、创建GameObject类

abstract class GameObject : IDraw
{
    public Position pos;
    public abstract void Draw();
}

继承游戏对象基类的对象

1、实现地图墙壁类Wall
①创建c4文件夹，添加类Wall

class Wall : GameObject
{
    public Wall(int x,int y) 
    {
        pos = new Position(x,y);
    }
    public override void Draw()
    {
        Console.SetCursorPosition(pos.x, pos.y);
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
        Console.WriteLine("🤡");
    }
}

2、实现食物类Food

class Food : GameObject
{
    public Food(int x,int y)
    {
        pos = new Position(x,y);
    }
    public override void Draw()
    {
        Console.SetCursorPosition(pos.x, pos.y);
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Cyan;
        Console.WriteLine("🐘");
    }
}

3、实现蛇身子类和蛇身枚举

enum E_SnakeBody_Type
{
    Head,
    Body
}
class SnakeBody : GameObject
{
    private E_SnakeBody_Type type;
    public SnakeBody(E_SnakeBody_Type type,int x,int y)
    {
        this.type = type;
        this.pos = new Position(x,y);
    }
    public override void Draw()
    {
        Console.SetCursorPosition(pos.x,pos.y);
        Console.ForegroundColor = type == E_SnakeBody_Type.Head ? ConsoleColor.Green : ConsoleColor.Red;
        Console.WriteLine(type == E_SnakeBody_Type.Head ? "😍" : "🔞");
    }
}

地图对象

1、创建c5文件夹，添加地图类Map

class Map : IDraw
{
    private Wall[] walls;

    public Map()
    {
        walls = new Wall[Game.w + (Game.h - 3) * 2];
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < Game.w; i += 2)
        {
            walls[index] = new Wall(i, 0);
            ++index;
        }

        for (int i = 0; i < Game.w; i += 2)
        {
            walls[index] = new Wall(i, Game.h - 2);
            ++index;
        }

        for (int i = 1; i < Game.h - 2; i++)
        {
            walls[index] = new Wall(0, i);
            ++index;
        }

        for (int i = 1; i < Game.h - 2; i++)
        {
            walls[index] = new Wall(Game.w - 2, i);
            ++index;
        }
    }

    public void Draw()
    {
        for (int i = 0; i < walls.Length; i++)
        {
            walls[i].Draw();
        }
    }

2、修改游戏场景类GameScene

class GameScene : ISceneUpdate
{
    private Map map;
    public GameScene()
    {
        map = new Map();
    }
    public void Update()
    {
        map.Draw();
    }
}

蛇对象

1、创建c6文件夹，添加蛇类Snake

class Snake : IDraw
{
    SnakeBody[] bodys;
    int nowNum;
    public Snake(int x,int y)
    {
        bodys = new SnakeBody[200];
        bodys[0] = new SnakeBody(E_SnakeBody_Type.Head,x,y);
        nowNum = 1;
    }
    public void Draw()
    {
        for(int i = 0;i < nowNum;i++)
        {
            bodys[i].Draw();
        }
    }
}

2、修改游戏场景类GameScene

class GameScene : ISceneUpdate
{
    private Map map;
    Snake snake;
    public GameScene()
    {
        map = new Map();
        snake = new Snake(40,10);
    }
    public void Update()
    {
        map.Draw();
        snake.Draw();
    }
}

蛇移动

1、修改蛇类Snake
①添加方向枚举
②初始化枚举变量
③添加Move方法

enum E_MoveDir
{
    up,
    down, left, right   
}
class Snake : IDraw
{
    SnakeBody[] bodys;
    int nowNum;
    E_MoveDir dir;
    public Snake(int x,int y)
    {
        bodys = new SnakeBody[200];
        bodys[0] = new SnakeBody(E_SnakeBody_Type.Head,x,y);
        nowNum = 1;
        dir = E_MoveDir.up;
    }
    public void Move()
    {
        SnakeBody lastBody = bodys[nowNum - 1];
        Console.SetCursorPosition(lastBody.pos.x,lastBody.pos.y);
        Console.WriteLine("  ");

        switch (dir)
        {
            case E_MoveDir.up:
                --bodys[0].pos.y;
                break;
            case E_MoveDir.down:
                ++bodys[0].pos.y;
                break;
            case E_MoveDir.left:
                bodys[0].pos.x -= 2;
                break;
            case E_MoveDir.right:
                bodys[0].pos.x += 2;
                break;
        }
    }
    public void Draw()
    {
        for(int i = 0;i < nowNum;i++)
        {
            bodys[i].Draw();
        }

    }
}

2、修改游戏场景代码GameScene

class GameScene : ISceneUpdate
{
    private Map map;
    Snake snake;
    int updateIndex;
    public GameScene()
    {
        map = new Map();
        snake = new Snake(40,10);
    }
    public void Update()
    {
        if(updateIndex % 99999999 == 0)
        {
            map.Draw();
            snake.Move();
            snake.Draw();
            updateIndex = 0;
        }
        updateIndex++;
    }
}

蛇转向

1、在Snake类中添加ChangeDir方法

public void ChangeDir(E_MoveDir dir)
{
    //不转向的情况
    if (this.dir == dir ||
        nowNum > 1 && (this.dir == E_MoveDir.left && dir == E_MoveDir.right
        || this.dir == E_MoveDir.right && dir == E_MoveDir.left 
        || this.dir == E_MoveDir.up && dir == E_MoveDir.down
        || this.dir == E_MoveDir.down && dir == E_MoveDir.up))
    {
        return;
    }
    //否则转向
    this.dir = dir;
}

2、在游戏场景类GameScene中修改Update

public void Update()
{
    if(updateIndex % 22222 == 0)
    {
        map.Draw();
        snake.Move();
        snake.Draw();
        updateIndex = 0;
    }
    updateIndex++;

    if(Console.KeyAvailable)//按键保持激活的时候
    {
        switch(Console.ReadKey(true).Key)
        {
            case ConsoleKey.W:
                snake.ChangeDir(E_MoveDir.up);
                break;
            case ConsoleKey.S:
                snake.ChangeDir(E_MoveDir.down);
                break;
            case ConsoleKey.A:
                snake.ChangeDir(E_MoveDir.left);
                break;
            case ConsoleKey.D:
                snake.ChangeDir(E_MoveDir.right);
                break;
        }
    }
}

撞墙撞身体

1、Snake类中添加CheckEnd函数

public bool CheckEnd(Map map)
{
    for(int i = 0;i < map.walls.Length;i++)
    {
        if (bodys[0].pos == map.walls[i].pos)//判断头与墙的位置是否相等
        {
            return true;
        }
    }

    for(int i = 1;i < nowNum;i++)
    {
        if (bodys[0].pos == bodys[i].pos) return true;//判断头与身体的位置是否相等
    }
    return false;
}

2、将Map中walls数组改为public
3、GameScene中的Update添加如下代码

吃食物

1、在Snake类中添加CheckSamePos函数

public bool CheckSamePos(Position p)
{
    for (int i = 0; i < nowNum; i++)
    {
        if (bodys[i].pos == p)//判断传入参数是否和蛇位置相等
            return true;
    }
    return false;
}

2、在Food类中添加RandomPos函数

public void RandomPos(Snake snake)//用于随机位置生成食物
{
    Random r = new Random();
    int x = r.Next(2, (Game.w / 2 - 1) * 2);
    int y = r.Next(1, Game.h - 4);
    pos = new Position(x, y);
    if(snake.CheckSamePos(pos))
    {
        RandomPos(snake); 
    }
}

3、更新Food构造函数

public Food(Snake snake)
{
    RandomPos(snake);
}

4、在Snake类中添加CheckEatPos函数

public void CheckEatFood(Food food)
{
    if (bodys[0].pos == food.pos)
        food.RandomPos(this);
}

5、在GameScene中的Update方法中加入如下代码

长身体

1、在Snake类中添加AddBody方法

public void AddBody()
{
    SnakeBody frontBody = bodys[nowNum - 1];
    bodys[nowNum] = new SnakeBody(E_SnakeBody_Type.Body, frontBody.pos.x,frontBody.pos.y);
    ++nowNum;
}

2、更新Snake中的CheckEatFood方法

3、更新Snake中的Move方法