2017-5-29 Excel VBA 小游戏
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转一个Excel VBA的小游戏，最近对excel有了更深入的了解，功能很强大，也刷新了我对待事情的态度。
一、准备界面
我们先来把游戏界面准备好，选中前4行，行高调成50，这时候单元格就近似一个正方形。然后给4*4的单元格加上全部框线，再加粗外框线。字体改成微软雅黑，加粗，居中。第6行A列写上SCORE，C列写上MOVES，都加粗。
一般2048这样的游戏需要用状态机来实现，就是程序无限运行直到游戏结束。在Excel中这种方法不太合适，使用工作表自带的Worksheet_SelectionChange方法来获取键盘状态使游戏往下进行更方便。
二、初始状态
我们先来制作游戏的初始状态，游戏变量很少，需要一个4*4的二维数组，用来记录和操作盘面，一个score变量记录分数，一个moves变量记录步数。初始状态就是让他们都为0，当然也可以加入历史最高纪录，不过考虑到在Excel单元格中记录可以随时修改，意义不大。
这里没有使用状态机，也就没有用类模块来做面向对象式编程，所以用全局变量来代替。
Public numAreaArr
Public score As Double
Public moves As Integer
Public Sub Reset()
ReDim numAreaArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
score = 0
moves = 0
End Sub
这只是变量的初始状态，我们还需要将它输出到单元格上，所以需要一个输出方法。
Public Sub Output(ByVal numArr, ByVal score As Double, ByVal moves As Integer)
'界面输出
Sheet1.Range("A1:D4") = numArr
Sheet1.Cells(6, 2) = score
Sheet1.Cells(6, 4) = moves
End Sub
游戏初始时，盘面上是有两个随机数字的，我们需要一个 在空白地方随机生成数字2或4 的方法。2和4出现的概率比例是9:1，别问我为什么，我看到的算法就是这样的。
Public Sub Spawn()
'随机数字
Dim newElement%, n%, i%, j%
newElement = 2
Randomize (Timer)
t = 100 * Rnd()
If t > 90 Then newElement = 4
n = Int(16 * Rnd())
i = Int(n / 4) + 1
j = n Mod 4 + 1
Do While (numAreaArr(i, j) <> 0)
n = Int(16 * Rnd())
i = Int(n / 4) + 1
j = n Mod 4 + 1
Loop
numAreaArr(i, j) = newElement
Call Output(numAreaArr, score, moves)
End Sub
接下来在Reset方法中最后加上下面的代码就可以了。
Call Spawn
Call Spawn
Call Output(numAreaArr, score, moves)
三、移动
键盘状态的读取需要用到一个接口，在Sheet1中添加如下代码：
#If VBA7 And Win64 Then
Private Declare PtrSafe Function GetKeyboardState Lib "user32" (pbKeyState As Byte) As Long
#Else
Private Declare Function GetKeyboardState Lib "user32" (pbKeyState As Byte) As Long
#End If
这里读取的是GetKeyboardState的接口，而且在VBA7和64位windows系统中，VBA的调用方式略有不同，所以加了一个IF判断。具体使用方法如下：
Private Sub Worksheet_SelectionChange(ByVal Target As Range)
Application.EnableEvents = False
Application.ScreenUpdating = False
Dim keycode(0 To 255) As Byte
GetKeyboardState keycode(0)
If keycode(37) > 127 Then Call Num_Move(0) '左
If keycode(38) > 127 Then Call Num_Move(1) '上
If keycode(39) > 127 Then Call Num_Move(2) '右
If keycode(40) > 127 Then Call Num_Move(3) '下
Sheet1.Cells(4, 4).Select
Application.EnableEvents = True
Application.ScreenUpdating = True
If Game_Over Then MsgBox "游戏结束！", , "Game Over"
End Sub
我们 先屏蔽掉工作表事件和屏幕刷新，避免产生迭代以及加快屏显速度 。然后用keycode数组记录了键盘状态，数组索引的37到40分别对应了键盘上的左上右下，对应的我们将状态0到3传给了Num_Move方法。最后将屏蔽掉的事件恢复，再通过Game_Over函数判断游戏是否结束。
Num_Move方法就是让盘面上数字移动的方法，我们先来分析一下这其中都发生了什么。
1、获取盘面上的数字；
2、判断是否可以进行移动，如果不能则退出方法；
3、先把所有数字都按方向移动到底，再把相邻的相同数字合并，再把合并后的数字移动到底；
4、加入新的随机数字，输出盘面。
分析之后，让我们一步一步来解决。
1、获取数据
首先是，获取盘面上数字的方法，与输出方法刚好相反：
Public Sub Get_Data()
numAreaArr = Sheet1.Range("A1:D4")
score = Sheet1.Cells(6, 2)
moves = Sheet1.Cells(6, 4)
End Sub
2、可移动判断
接下来是，判断是否可以进行移动的方法，以向下移动为例：任意不为0数字下方的单元格数值为0的，与下方单元格数字相同，即为可以移动。代码如下：
Public Function Move_Is_Possible(ByVal direction As Integer) As Boolean
Move_Is_Possible = False
Dim numArr
numArr = numAreaArr
'向下验证
For i = 1 To 3
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i + 1, j) = 0 Then Move_Is_Possible = True: Exit Function
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i, j) = numArr(i + 1, j) Then Move_Is_Possible = True: Exit Function
Next j
Next i
End Function
这里的问题是，如果上下左右的判断要分开写的话，那就太麻烦，太不智能了。考虑到，在移动紧缩、数字合并的时候都需要分上下左右四中情况来写，我们还是想一些更机智的办法（其实并没有）。
因为是对数组进行处理，我们可以考虑使用矩阵的一些方法。比如，向右验证的判断，我们可以把数组 转置 ，然后向下判断；向左验证，可以 翻转 为向右验证，再回到前一个问题；向上验证，可以转置为向左验证，再回到前一个问题。 这种将未知问题转化为已知，是数学中的化归思想。
所以，现在我们只需要数组的转置函数和翻转函数就可以了。代码如下：
Public Function Transpose(ByVal numArr) As Variant
'转置
Dim newArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
For i = 1 To 4
For j = 1 To 4
newArr(i, j) = numArr(j, i)
Next j
Next i
Transpose = newArr
End Function
Public Function Invert(ByVal numArr) As Variant
'左右翻转
Dim newArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
For i = 1 To 4
For j = 1 To 4
newArr(i, j) = numArr(i, 5 - j)
Next j
Next i
Invert = newArr
End Function
这时候自然而然的就需要一个通过键盘状态操作改变数组的函数，这里参数direction的0、1、2、3分别对应方向的左上右下。数组操作的方法如之前提到的：右变下：转置，左变下：翻转->转置，上变下：转置->翻转->转置。
Public Function Arr_Change(ByVal numArr, ByVal direction As Integer, Optional status As Integer = 0) As Variant
If direction = 0 And status = 1 Then
Arr_Change = Invert(Transpose(numArr))
Exit Function
End If
Select Case direction
Case 0
numArr = Transpose(Invert(numArr))
Case 1
numArr = Transpose(Invert(Transpose(numArr)))
Case 2
numArr = Transpose(numArr)
End Select
Arr_Change = numArr
End Function
这里解释一下为什么需要加一个可选参数status，刚才说过在数组移动紧缩和合并的时候也要用到这个方法，但是用完后我们还需要将数组还原回去才能输出到盘面上。方向1、2对应的操作都是对称的，所以还原的时候还是用相同的方法；而方向0的操作并不对称，所以在输出前调用方法还原数组时，如果碰到方向0，需要通过status参数提示做相反的操作。
现在，把Arr_Change函数加到Move_Is_Possible函数中，让numArr变量的赋值变成
numArr = Arr_Change(numAreaArr, direction)
就可以根据方向来判断了。
3、移动操作
有了上面的方法做基础，移动的操作我没只考虑向下的就可以了。
首先是执行紧缩，将数组从下至上读取，如果有为0的单元格，则将该列由下至上第一个不为0的单元格与之交换。代码如下：
Public Function Tighten(ByVal numArr) As Variant
'向下紧缩
For i = 4 To 1 Step -1
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) = 0 Then
For k = i - 1 To 1 Step -1
If numArr(k, j) <> 0 Then
numArr(i, j) = numArr(k, j)
numArr(k, j) = 0
Exit For
End If
Next k
End If
Next j
Next i
Tighten = numArr
End Function
然后执行合并，也是从下至上读取，如果有不为0单元格与前一行相同的数字，则加到该行，前一行归0；同时把合并后的数字加到分数中。代码如下：
Public Function Merge(ByVal numArr) As Variant
'向下合并
For i = 4 To 2 Step -1
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i, j) = numArr(i - 1, j) Then
numArr(i, j) = numArr(i, j) * 2
score = score + numArr(i, j)
numArr(i - 1, j) = 0
End If
Next j
Next i
Merge = numArr
End Function
有了以上这些函数，我们就能拼凑出Num_Move方法：
Public Sub Num_Move(ByVal direction As Integer)
Call Get_Data
If Move_Is_Possible(direction) = False Then Exit Sub
numAreaArr = Arr_Change(numAreaArr, direction)
numAreaArr = Tighten(Merge(Tighten(numAreaArr)))
numAreaArr = Arr_Change(numAreaArr, direction, 1)
moves = moves + 1
Call Spawn
Call Output(numAreaArr, score, moves)
End Sub
四、游戏结束
游戏结束的判断函数，就是遍历所有方向，如果Move_Is_Possible都返回False则返回True，代码如下：
Public Function Game_Over() As Boolean
Call Get_Data
Game_Over = True
For i = 0 To 3
If Move_Is_Possible(i) Then Game_Over = False: Exit Function
Next i
End Function
五、界面优化
以上代码已经能完成游戏基本功能，不过白底黑字的2048并不能满足我们的需求。我用比写功能代码更长的时间去找了下游戏原本的配色方案，然后加在了Output方法中。
优化内容如下：
1、给0到4096的单元格不同的背景色，更大数字和4096颜色相同；
2、给0的单元格字体颜色和背景色相同，2、4为黑色，其他数字为白色；
3、四位以上数字字号调整为16，始终保持列宽为8.38；
4、插入按钮，调用Reset方法，让游戏可以重新开始。
Public Sub Output(ByVal numArr, ByVal score As Double, ByVal moves As Integer)
'界面输出
Dim index%, redArr, greenArr, blueArr
redArr = Array(204, 238, 238, 243, 243, 248, 249, 239, 239, 239, 239, 239, 95)
greenArr = Array(192, 228, 224, 177, 177, 149, 94, 207, 207, 203, 199, 195, 218)
blueArr = Array(179, 218, 198, 116, 116, 90, 50, 108, 99, 82, 57, 41, 147)
For i = 1 To 4
For j = 1 To 4
'背景色索引
If numArr(i, j) = 0 Then
index = 0
ElseIf numArr(i, j) <= 4096 Then
index = Log(numArr(i, j)) / Log(2)
Else
index = 11
End If
'字体颜色
If numArr(i, j) = 0 Then
Sheet1.Cells(i, j).Font.Color = RGB(redArr(index), greenArr(index), blueArr(index))
ElseIf numArr(i, j) <= 4 Then
Sheet1.Cells(i, j).Font.Color = vbBlack
Else
Sheet1.Cells(i, j).Font.Color = vbWhite
End If
If numArr(i, j) >= 1024 Then
Sheet1.Cells(i, j).Font.Size = 16
Else
Sheet1.Cells(i, j).Font.Size = 20
End If
Sheet1.Cells(i, j).Interior.Color = RGB(redArr(index), greenArr(index), blueArr(index))
Next j
Next i
Sheet1.Range("A1:D4") = numArr
Sheet1.Range("A:D").ColumnWidth = 8.38
Sheet1.Cells(6, 2) = score
Sheet1.Cells(6, 4) = moves
End Sub
以上，Excel版2048完成，完整代码照例在附录中，可直接复制粘贴使用。
附录：工作表代码
#If VBA7 And Win64 Then
Private Declare PtrSafe Function GetKeyboardState Lib "user32" (pbKeyState As Byte) As Long
#Else
Private Declare Function GetKeyboardState Lib "user32" (pbKeyState As Byte) As Long
#End If
Private Sub Worksheet_SelectionChange(ByVal Target As Range)
Application.EnableEvents = False
Application.ScreenUpdating = False
Dim keycode(0 To 255) As Byte
GetKeyboardState keycode(0)
If keycode(37) > 127 Then Call Num_Move(0) '左
If keycode(38) > 127 Then Call Num_Move(1) '上
If keycode(39) > 127 Then Call Num_Move(2) '右
If keycode(40) > 127 Then Call Num_Move(3) '下
Sheet1.Cells(4, 4).Select
Application.EnableEvents = True
Application.ScreenUpdating = True
If Game_Over Then MsgBox "游戏结束！", , "Game Over"
End Sub
附录：模块代码
Public numAreaArr
Public score As Double
Public moves As Integer
Public Sub Get_Data()
numAreaArr = Sheet1.Range("A1:D4")
score = Sheet1.Cells(6, 2)
moves = Sheet1.Cells(6, 4)
End Sub
Public Sub Num_Move(ByVal direction As Integer)
Call Get_Data
'Debug.Print Move_Is_Possible(direction)
If Move_Is_Possible(direction) = False Then Exit Sub
numAreaArr = Arr_Change(numAreaArr, direction)
numAreaArr = Tighten(Merge(Tighten(numAreaArr)))
numAreaArr = Arr_Change(numAreaArr, direction, 1)
moves = moves + 1
Call Spawn
Call Output(numAreaArr, score, moves)
End Sub
Public Function Merge(ByVal numArr) As Variant
'向下合并
For i = 4 To 2 Step -1
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i, j) = numArr(i - 1, j) Then
numArr(i, j) = numArr(i, j) * 2
score = score + numArr(i, j)
numArr(i - 1, j) = 0
End If
Next j
Next i
Merge = numArr
End Function
Public Function Tighten(ByVal numArr) As Variant
'向下紧缩
For i = 4 To 1 Step -1
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) = 0 Then
For k = i - 1 To 1 Step -1
If numArr(k, j) <> 0 Then
numArr(i, j) = numArr(k, j)
numArr(k, j) = 0
Exit For
End If
Next k
End If
Next j
Next i
Tighten = numArr
End Function
Public Function Arr_Change(ByVal numArr, ByVal direction As Integer, Optional status As Integer = 0) As Variant
If direction = 0 And status = 1 Then
Arr_Change = Invert(Transpose(numArr))
Exit Function
End If
Select Case direction
Case 0
numArr = Transpose(Invert(numArr))
Case 1
numArr = Transpose(Invert(Transpose(numArr)))
Case 2
numArr = Transpose(numArr)
End Select
Arr_Change = numArr
End Function
Public Function Move_Is_Possible(ByVal direction As Integer) As Boolean
Move_Is_Possible = False
Dim numArr
numArr = Arr_Change(numAreaArr, direction)
'向下验证
For i = 1 To 3
For j = 1 To 4
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i + 1, j) = 0 Then Move_Is_Possible = True: Exit Function
If numArr(i, j) <> 0 And numArr(i, j) = numArr(i + 1, j) Then Move_Is_Possible = True: Exit Function
Next j
Next i
End Function
Public Function Invert(ByVal numArr) As Variant
'左右翻转
Dim newArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
For i = 1 To 4
For j = 1 To 4
newArr(i, j) = numArr(i, 5 - j)
Next j
Next i
Invert = newArr
End Function
Public Function Transpose(ByVal numArr) As Variant
'转置
Dim newArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
For i = 1 To 4
For j = 1 To 4
newArr(i, j) = numArr(j, i)
Next j
Next i
Transpose = newArr
End Function
Public Function Game_Over() As Boolean
Call Get_Data
Game_Over = True
For i = 0 To 3
If Move_Is_Possible(i) Then Game_Over = False: Exit Function
Next i
End Function
Public Sub Reset()
ReDim numAreaArr(1 To 4, 1 To 4) As Integer
score = 0
moves = 0
Call Spawn
Call Spawn
Call Output(numAreaArr, score, moves)
End Sub
Public Sub Output(ByVal numArr, ByVal score As Double, ByVal moves As Integer)
'界面输出
Dim index%, redArr, greenArr, blueArr
redArr = Array(204, 238,