C语言小游戏: 2048.c

概要：2048.c是一个C语言编写的2048游戏，本文将详细分析它的源码和实现。C语言是一种经典实用的编程语言，本身也不复杂，但是学会C语言和能够编写实用的程序还是有一道鸿沟的。本文试图通过一个例子展示如何用C语言实现一个简单但有用的程序。

一、程序简介

本文分析的代码是mevdschee在GitHub上的项目2048.c，游戏的规则和安装说明都可以到主页查看，本文不再赘述。顺便一提，这个程序虽然是纯C编写的，但是它适用于Linux终端，因此如果你想要看一下运行效果可能需要一个Linux.

2048.c源代码只有一个文件，也就是2048.c。它支持图形和色彩，右上角显示分数，下面是操作说明。界面整体看起来挺简洁美观，我们一会看一下它是怎么做到的。

二、代码结构

我们先看一下程序所包含的函数，大体了解它的结构和功能。

程序入口和测试：

• main (argc,argv[])
• test ()

绘制界面相关：

• getColor (value,color,length)
• drawBoard (board[][])
• setBufferedInput (enable)：设置终端的行为
• signal_callback_handler (signum)

游戏逻辑：

• findTarget (array[],x,stop)
• slideArray (array[])
• rotateBoard (board[][])
• moveUp (board[][])
• moveLeft (board[][])
• moveDown (board[][])
• moveRight (board[][])
• findPairDown (board[][])
• countEmpty (board[][])
• gameEnded (board[][])
• addRandom (board[][])
• initBoard (board[][])

从函数的参数中可以看出，游戏使用的主要的数据结构是一个二维数组，在主函数中定义： uint8_t board[SIZE][SIZE] 。SIZE的值默认是4，这是2048游戏面板的一般大小，下文直接称为4。数组中的元素保存的是指数，例如如果显示的数是1024，那么存储的应该是10。在初始化过程中，该数组被填满0.

主函数中完成一些初始化和设置工作，然后进入主循环。在循环中接受用户的键盘输入，然后调用相应的函数。

三、图形绘制函数

void drawBoard(uint8_t board[SIZE][SIZE]) {
    uint8_t x,y;
    char color[40], reset[] = "\033[m";
    printf("\033[H");

    printf("2048.c %17d pts\n\n",score);

    for (y=0;y<SIZE;y++) {
        for (x=0;x<SIZE;x++) {
            getColor(board[x][y],color,40);
            printf("%s",color);
            printf("       ");
            printf("%s",reset);
        }
        printf("\n");
        for (x=0;x<SIZE;x++) {
            getColor(board[x][y],color,40);
            printf("%s",color);
            if (board[x][y]!=0) {
                char s[8];
                snprintf(s,8,"%u",(uint32_t)1<<board[x][y]);
                uint8_t t = 7-strlen(s);
                printf("%*s%s%*s",t-t/2,"",s,t/2,"");
            } else {
                printf("   ·   ");
            }
            printf("%s",reset);
        }
        printf("\n");
        for (x=0;x<SIZE;x++) {
            getColor(board[x][y],color,40);
            printf("%s",color);
            printf("       ");
            printf("%s",reset);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n");
    printf("        ←,↑,→,↓ or q        \n");
    printf("\033[A"); // one line up
}

在drawBoard函数中我们看到绘制的实现过程。函数的主体是一个for循环，每循环一次画一行，这里指的是Board中的一行。循环体中有3个小for循环，每个循环画出终端中的一行，也就是说Board的一行是终端的3行。每个格子的尺寸是3行7列，最中间的位置是数字，如果没有数字则输出一个点。其他区域则用空格填充。

细心的朋友可能已经发现，外循环的变量是y，内循环的变量为x，这样一来board[0][0]到board[3][0]表示的是第1行，board[0][1]到board[3][1]表示第2行，这种对应关系需要特别注意。

"\033m"之类的符号用于控制终端的颜色和其他一些行为。下面给出本程序中出现的用法，更多控制序列的用法可以参考这个网页。通过输出带颜色的空格和字符，2048.c在终端中实现了类似图形界面的效果。

\33[0m 关闭所有属性 
\33[30m -- \33[37m 设置前景色 
\33[40m -- \33[47m 设置背景色 
\33[nA 光标上移n行 
\33[nB 光标下移n行 
\33[nC 光标右移n行 
\33[nD 光标左移n行 
\33[y;xH设置光标位置 
\33[2J 清屏 
\33[?25l 隐藏光标 
\33[?25h 显示光标 

 四、游戏逻辑

我们现在已经知道游戏的主要数据结构，以及如何将它显示在屏幕上，我们接下来要关注游戏罗杰是怎么实现的。2048游戏本身非常简单，其实我们只想关心划的那一下是怎么实现的。我们已经看到2048.c实现了moveUp、moveLeft、moveDown、moveRight四个函数，表示4个划的方向。

moveUp函数看起来也非常简单，它仅仅调用4次slideArray函数。还记得刚刚说过的二维数组和盘面的对应规则吗，矩阵的每一行代表的是盘面的一列，因此每次滑动一个一维数组，实际上滑动的是一列。slideArray函数负责将数组从高index到低index滑动，对应在屏幕上，也就是向上滑动了。

bool moveUp(uint8_t board[SIZE][SIZE]) {
    bool success = false;
    uint8_t x;
    for (x=0;x<SIZE;x++) {
        success |= slideArray(board[x]);
    }
    return success;
}

slideArray函数和它的辅助函数findTarget任务已经比较简单明了，就不需要详细说了。需要注意的就是在滑的时候合并的块不能第二次合并了，例如2 2 2 2一次合并的结果是4 4，而不会是8.

其他几个函数实现比较巧妙，作者先把盘面进行旋转，然后再调用这个moveUp函数实现。作者通过rotateBoard函数把这个4x4的矩阵旋转90度。数组的下标可以通过建立坐标系得到。

void rotateBoard(uint8_t board[SIZE][SIZE]) {
    uint8_t i,j,n=SIZE;
    uint8_t tmp;
    for (i=0; i<n/2; i++) {
        for (j=i; j<n-i-1; j++) {
            tmp = board[i][j];
            board[i][j] = board[j][n-i-1];
            board[j][n-i-1] = board[n-i-1][n-j-1];
            board[n-i-1][n-j-1] = board[n-j-1][i];
            board[n-j-1][i] = tmp;
        }
    }
}

了解了这些信息，再看其他的函数比如countEmpty、addRandom等就非常简单了，大家直接去看代码就可以了。

五、总结

2048.c这个小游戏虽然只有400多行，但复现了2048游戏的精髓。而且程序以纯C语言实现，没有使用ncurses之类的第三方库，得到了很不错的效果。实现的过程也有一些精巧的地方，例如如何把问题化繁为简的，如何避免多次编写move函数。其实2048.c不仅可以拿来阅读，无聊的时候玩一局也是相当不错的。