Java项目实战之基于Java Swing的中国象棋游戏设计与实现（附项目源代码地址）

该项目gitee地址：https://gitee.com/cpfree/my-chinese-chess.git

1. 引言

中国象棋是一款经典的双人对弈棋类游戏，具有悠久的历史和广泛的受众。本设计文档旨在描述一个基于Java Swing实现的中国象棋游戏的设计思路、架构和功能。

2. 游戏规则概述

中国象棋棋盘由9×10的交叉点组成，棋子摆在交叉点上。双方各有16个棋子，分别是5个兵（卒）、2个炮、2个车、2个马、2个相（象）、2个士（仕）和1个将（帅）。
游戏目标是将对方的“将”（帅）逼入绝境，使其无法逃脱被吃掉的命运。具体规则如下：

• 走子规则
  • 将（帅）：只能在九宫格内移动，每次只能走一格，且不能斜着走。
  • 士（仕）：只能在九宫格内斜着走，每次只能走一格。
  • 相（象）：只能走“田”字，且不能过河，“田”字中心有棋子时不能走（堵象眼）。
  • 车：可以直线行走，步数不受限制，只要没有棋子阻挡。
  • 马：走“日”字，有其他棋子挡住“日”字的一横线时不能走（蹩马腿）。
  • 炮：直线行走，步数不受限制，但吃子时需要有一个棋子作为炮架，即炮和要吃的棋子中间必须隔一个棋子。
  • 兵（卒）：未过河前只能向前走，每次只能走一格；过河后可以向前、向左或向右走，每次也只能走一格。
• 吃子规则：当一方的棋子走到对方棋子所在的位置，并且符合吃子条件时，可以将对方棋子吃掉并移除棋盘。

3. 系统架构设计

3.1 总体架构

• Model层：包含游戏的核心数据结构和逻辑，如棋盘、棋子、走法规则、棋局状态等。
• View层：使用Java Swing实现的图形用户界面，包括棋盘面板、棋子绘制、菜单、按钮等组件，负责展示游戏的视觉效果和接收用户输入。
• Controller层：负责协调Model层和View层之间的交互，处理用户输入事件，根据游戏规则更新Model层的数据，并通知View层进行相应的刷新。

3.2 模块划分及职责

3.2.1 Model模块

• 棋子相关类（Piece、Role、Part等）
  • Piece类：定义棋子的类型（如车、马、炮等）、所属方（红方或黑方）以及相关属性。
  • Role类：为每种棋子类型定义走法规则和位置查找方法。
  • Part类：表示游戏的双方势力（红方和黑方）。
• 棋盘类（Board、Place等）
  • Board类：可以是一个二维数组，用于表示棋盘上的棋子分布情况。
  • Place类：用于表示棋盘上的一个位置坐标。
• 棋局类（Situation、SituationRecord、StepRecord等）
  • Situation类：记录当前棋局的整体状态，包括棋盘上的棋子信息、双方剩余棋子数量、下一步走棋方等。
  • SituationRecord类：用于记录棋局的历史步骤信息。
  • StepRecord类：记录每一步棋的详细信息，如移动的棋子、起始位置、目标位置、是否吃子等。

3.2.2 View模块

• 棋盘面板类（BoardPanel）：负责绘制棋盘和棋子，处理鼠标事件，如点击棋子、选择走法等。
• 棋子类（ChessPiece、JPiece）：用于绘制具体的棋子图形，设置棋子的位置和外观。
• 菜单类（ChessMenuBar）：创建游戏的菜单，包括开始新游戏、保存/加载棋局、设置游戏选项等功能。
• 其他界面组件类：如按钮、对话框等，用于实现游戏的交互功能。

3.2.3 Controller模块

• 命令执行器类（CommandExecutor）：接收来自View层的用户操作命令，如走棋、撤销等，并根据游戏规则在Model层执行相应的操作，然后通知View层更新界面。
• AI算法类（AlphaBeta）：实现AI的走棋逻辑，通过搜索算法评估棋局并选择最佳的走法。
• 分析类（AnalysisBean）：用于辅助AI算法进行棋局分析，计算棋子的分值、评估局势等。

4. 详细设计

4.1 核心数据结构

4.1.1 棋盘和棋子

• 棋盘使用二维数组Piece[][]来表示，其中Piece是一个枚举类型，表示棋子的种类和所属方。
• 每个棋子对象包含棋子类型、所属方、位置等信息。例如，ChessPiece类可能包含name（棋子名称）、piece（Piece枚举类型的棋子）和place（Place类型的位置坐标）等属性。

4.1.2 棋局状态

• Situation类记录当前棋局的详细状态，包括棋盘上的棋子数组、红方和黑方的boss棋子引用、双方剩余棋子数量、下棋记录、当前棋局开始时间、活着的棋子列表以及下一步走棋的势力。
• SituationRecord类用于记录棋局的每一步操作，包括移动的棋子、起始位置、目标位置和是否吃子等信息。它使用LinkedList来存储历史步骤记录。

4.2 走法规则实现

• 每种棋子的走法规则在Role类中通过内部的Rule接口实现。Rule接口定义了check和find两个方法。
• check方法用于检查从一个位置到另一个位置的走法是否符合规则，考虑了棋子的移动范围、是否有阻挡、终点是否为空位或对方棋子等因素。
• find方法用于查找当前棋子在棋盘上所有可能的走法位置，返回一个MyList<Place>类型的列表。

4.3 AI算法设计

• 采用负极大值搜索算法（AlphaBeta）实现AI的走棋逻辑。
• 通过AnalysisBean类对棋局进行分析，计算每个棋子的分值，评估当前局势对红方和黑方的有利程度。
• 根据棋子数量动态调整搜索深度，在搜索过程中，对可能的走法进行排序，优先搜索更有希望的走法，以提高搜索效率。
• 考虑禁止的走棋步骤，如长捉和长拦等情况，避免AI违反游戏规则。

4.4 用户界面设计

4.4.1 棋盘绘制

• 在BoardPanel类的paintComponent方法中绘制棋盘背景图片。
• 根据棋盘上的棋子信息，在相应的位置绘制棋子图形。棋子的绘制可以通过JPiece类实现，它继承自JLabel，设置了棋子的图标和位置。

4.4.2 交互设计

• 为棋盘面板添加鼠标监听器，处理鼠标点击事件。当用户点击棋子时，显示该棋子可走的位置标记；当用户点击目标位置时，如果走法符合规则，则执行走棋操作。
• 通过菜单和按钮实现游戏的各种操作，如开始新游戏、保存/加载棋局、撤销一步、AI计算等。操作命令通过CommandExecutor类进行处理和执行。

4.4.3 动画效果

• 可以为棋子的移动添加动画效果，例如在JPiece类的movePlace方法中，根据配置决定是否使用动画移动棋子。如果启用动画，可以使用SwingUtils类中的方法实现平滑的移动效果。

5. 功能模块详细描述

5.1 游戏初始化

• 在Application类的main方法中，进行游戏的初始化操作。
• 设置游戏配置信息，如先手方、双方棋手类型（人机对弈、人人对弈或机机对弈）、搜索深度、是否使用并行计算、是否显示动画等。
• 创建棋盘面板、棋子列表，并根据默认的棋局配置在棋盘上放置棋子。
• 创建AppContext对象，将棋盘面板和棋局信息传递给它，并调用init方法进行初始化。

5.2 走棋操作

• 用户在棋盘上点击棋子和目标位置后，通过BoardPanel类的mouseReleased方法处理走棋操作。
• 首先检查走棋是否符合规则，包括棋子的走法规则、是否违反长捉或长拦规则、是否导致双方boss面对面等。
• 如果走棋符合规则，则在Situation类的movePiece方法中执行走棋操作，更新棋盘上的棋子位置，记录走棋信息，切换下一步走棋方，并检查是否有一方获胜。

5.3 撤销操作

• 通过菜单或按钮触发撤销操作，调用CommandExecutor类的CallBackOneTime命令，在Situation类的rollbackOneStep方法中实现撤销一步棋的功能。
• 撤销操作会恢复上一步的棋局状态，包括棋子位置、走棋方等信息，并更新相关的历史记录。

5.4 AI计算

• 当轮到AI走棋时，在AppContext类的aiRunOneTime方法中调用AlphaBeta类的算法进行AI计算。
• 根据当前棋局状态和搜索深度，计算出AI的最佳走法，然后执行走棋操作。

5.5 保存和加载棋局

• 在ChessMenuBar类中实现保存和加载棋局的功能。
• 保存棋局时，将Situation对象转换为JSON字符串，使用JsonUtils类进行序列化，然后将字符串保存到文件中。
• 加载棋局时，从文件中读取JSON字符串，使用JsonUtils类进行反序列化，得到Situation对象，然后在AppContext类的init方法中重新初始化游戏。