2048游戏 - C语言不引入图形库简单实现

声明：本程序绝大部分属于原创，交互部分参考了博客园 Judge Young的原创文章 游戏2048源代码 - C语言控制台界面版，
作者Judge Young的算法思想非常值得参考，感谢作者的分享
附上文章链接：https://www.cnblogs.com/judgeyoung/p/3760515.html

算法总体思想：（请结合思维导图观看，移动合并算法篇幅较大，部分放到函数注释）

1. 游戏主体抽象：将游戏数字面板抽象为一个二维数组，0代表空格。
2. 移动合并算法：把每一行/列同等对待，只研究一行/列的移动和合并算法，通过遍历来实现所有行/列的移动合并算法。
3. 游戏结束条件：分为三种情况，主动退出、游戏失败和游戏胜利。
4. 随机数生成：寻找出空格，平均概率生成2 / 4。
5. 界面显示：利用清屏再打印，达到界面刷新效果。
6. 计分系统：游戏结束时，将所有格子中数字相加得到最终分数。
7. 矩阵翻转：为了减少代码量与复用函数，提高练习效果，这里牺牲了部分效率。
8. 备注：移动合并算法也可以通过矩阵翻转90度达到更好的函数复用效果，但效率更低。
9. 再备注：函数声明处有一个撤回功能，可以利用old_squares做出来，但由于作者嫌麻烦所以没有做。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <time.h>

#define N	4				//矩阵大小为N * N
#define Max 2048			//胜利条件 

int squares[N][N];			//游戏矩阵
int sum;					//游戏积分
int old_squares[N][N];		//之前一步操作的矩阵 

void GameStart(void);		//游戏开始界面
void Print(void);			//打印界面、计分
void Operator(char op);		//对用户交互进行处理
int Operated(void);			//判断矩阵是否发生变化 
void Copy(void);			//备份上一步的矩阵 
void MoveUp(int op);		//上移方格
void MoveLeft(int op);		//左移方块 
void Transpose(int op);		//矩阵翻转
int GameOver(char op);		//游戏结束：失败，退出和游戏胜利（需设置条件）
int Win(void);				//判断游戏胜利 
//void Recall(void);		//撤回功能 
void Random(void);			//生成随机数
int HasNull(void);			//判断矩阵存在空白位置
void PrintSum(void);		//计算游戏积分并打印

int main(void)
{
	char op = ' ';

	GameStart();
	Random();
	Operator(op);
	while (!GameOver(op)) {
		Copy();
		while (!Operated()) {
			op = getch();
			Operator(op);
		}
		Random();
		system("cls");
		Print();
	}
	system("pause");
	
	return 0;
}

//初始化游戏参数
void GameStart(void) {
	int i, j;

	sum = 0;
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			squares[i][j] = 0;
			old_squares[i][j] = 0;
		}
	}
	
	printf("Press any key to start the game.\n");
}

//打印矩阵
void Print(void) {
	int i, j;

	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			if (squares[i][j] == 0) {
				printf(" \t");
				continue;
			}
			printf("%d\t", squares[i][j]);
		}
		printf("\n\n");
	}
	
	printf("\n");
	printf("(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right\n");
	printf("    (Q)Quit (R)Recall\n\n");
}


void Operator(char op) {
	switch (op) {
	case 'w':
	case 'W':
		MoveUp(1); break;
	case 'a':
	case 'A':
		MoveLeft(1); break;
	case 's':
	case 'S':
		MoveUp(0); break;
	case 'd':
	case 'D':
		MoveLeft(0); break;
	default:
		break;
	}
}

int Operated(void) {
	int i, j;
	
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			if (old_squares[i][j] != squares[i][j])
				return 1;
		}
	}
	
	return 0;
}

void Copy(void) {
	int i, j;
	
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			old_squares[i][j] = squares[i][j];
		}
	}
}

//在一行中，使用两个下标变量来遍历列项，假设使用j和k，其中j总在k的后面，用来寻找k项后面第一个不为0的数字，而k项用于表示当前待比较的项，总是和j项之间隔着若干个数字0，或者干脆紧挨着。
void MoveUp(int op) {
	int i, j, k;

	if (op == 0)
		Transpose(0);
	
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 1, k = 0; j < 4; j++) {
			if (squares[j][i] > 0) { /* 找出k后面第一个不为空的项，下标为j，之后分三种情况 */
				//合并
				if (squares[k][i] == squares[j][i]) {
					squares[k][i] = 2 * squares[k][i];
					squares[j][i] = 0;
					k++;
				}
				//移动
				else if (squares[k][i] == 0) {
					squares[k][i] = squares[j][i];
					squares[j][i] = 0;
				}
				//碰撞
				else {
					squares[k + 1][i] = squares[j][i];
					if (j != k + 1) { /* 原先两数不挨着 */
						squares[j][i] = 0;
					}
					k++;
				}
			}
		}
	}
	
	if (op == 0)
		Transpose(0);
}

void MoveLeft(int op) {
	int i, j, k;

	if (op == 0)
		Transpose(1);
	
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 1, k = 0; j < 4; j++) {
			if (squares[i][j] > 0) {
				//合并
				if (squares[i][k] == squares[i][j]) {
					squares[i][k] = 2 * squares[i][k];
					squares[i][j] = 0;
					k++;
				}
				//移动
				else if (squares[i][k] == 0) {
					squares[i][k] = squares[i][j];
					squares[i][j] = 0;
				}
				//碰撞
				else {
					squares[i][k + 1] = squares[i][j];
					if (j != k + 1) { /* 原先两数不挨着 */
						squares[i][j] = 0;
					}
					k++;
				}
			}
		}
	}
	
	if (op == 0)
		Transpose(1);
}

void Transpose(int op) {
	int i, j, temp = 0;

	//左右翻转
	if (op == 1) {
		for (i = 0; i < N; i++) {
			for (j = 0; j < N / 2; j++) {
				temp = squares[i][j];
				squares[i][j] = squares[i][N - j - 1];
				squares[i][N - j - 1] = temp;
			}
		}
	}
	//上下翻转
	else {
		for (i = 0; i < N; i++) {
			for (j = 0; j < N / 2; j++) {
				temp = squares[j][i];
				squares[j][i] = squares[N - j - 1][i];
				squares[N - j - 1][i] = temp;
			}
		}
	}
}

int GameOver(char op) {
	int i, j;

	if (op == 'q' || op == 'Q')
		printf("You have quit the game! GameOver!\n");
	else if (Win())
		printf("Congratulation! You win!\n");
	else {
		if (HasNull())
			return 0;
		for (i = 1; i < N; i++) {
			for (j = 0; j < N; j++) {
				//任意两个相邻的单元值相同，游戏继续
				if (squares[i - 1][j] == squares[i][j])
					return 0;
				if (squares[j][i - 1] == squares[j][i])
					return 0;
			}
		}
	}
	
	PrintSum();
	return 1;
}

int Win(void) {
	int i, j;
	
	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			if (squares[i][j] == Max)
				return 1;
		}
	}
	
	return 0;
}

//在矩阵中随机位置生成数字2/4
void Random(void) {
	int sitex, sitey;

	sitex = rand() % 4;
	sitey = rand() % 4;
	while (squares[sitex][sitey] != 0) {
		sitex = rand() % 4;
		sitey = rand() % 4;
	}
	
	//生成2的概率是2/3，生成4的概率是1/3 
	if (rand() % 3 == 0)
		squares[sitex][sitey] = 4;
	else
		squares[sitex][sitey] = 2;
}

int HasNull(void) {
	int i, j;

	for (i = 0; i < N; i++) {
		for (j = 0; j < N; j++) {
			if (squares[i][j] == 0)
				return 1;
		}
	}
	
	return 0;
}

void PrintSum(void) {
	int i, j;

	for (i = 0; i < N; i++)
		for (j = 0; j < N; j++)
			sum += squares[i][j];
	
	printf("Game Over! Your total score is: %d! \n", sum);
}