C语言数据结构（6）贪吃蛇项目1.贪吃蛇项目介绍

1. 游戏背景

贪吃蛇是久负盛名的游戏，它也和俄罗斯方块，扫雷等游戏位列经典游戏的行列。

在编程语言的教学中，我们以贪吃蛇为例，从设计到代码实现来提升学生的编程能力和逻辑能力。

2. 游戏效果演示

3. 项目目标

使用C语言在Windows环境的控制台中模拟实现经典小游戏贪吃蛇。

实现基本的功能：

• 贪吃蛇地图绘制

• 蛇吃食物的功能（上、下、左、右方向键控制蛇的动作）

• 蛇撞墙死亡

• 蛇撞自身死亡

• 计算得分

• 蛇身加速、减速

• 暂停游戏

4. 项目定位

• 提高对编程的兴趣

• 对C语言语法做一个基本的巩固。

• 对游戏开发有兴趣的同学做一个启发。

• 项目适合：C语言学完的同学，有一定的代码能力，初步接触数据结构中的链表。

5. 技术要点

C语言函数、枚举、结构体、动态内存管理、预处理指令、链表、Win32 API等。

6. Win32 API介绍

本次实现贪吃蛇会使用到的一些Win32 API 知识，那么就学习一下。

6.1 Win32 API

Windows 这个多作业系统除了协调应用程序的执行、分配内存、管理资源之外，它同时也是一个很大的 服务中心 。

调用这个服务中心的各种服务（每一种服务就是一个函数），可以帮应用程序达到开启视窗、描绘图形、使用周边设备等目的。

由于这些函数服务的对象是应用程序(Application)，所以便称之为 Application Programming Interface，简称 API 函数 。

WIN32 API也就是Microsoft Windows 32位平台的应用程序编程接口。

system函数是由C语言提供的，WIN32 API是由操作系统提供的。

6.2 控制台程序（Console）

平常我们运行起来的黑框程序其实就是 控制台程序 。

VS2022默认的程序输出是WIN11提供的终端，不是控制台程序，需要修改一下。

我们可以使用 cmd命令 来设置控制台窗口的长宽——命令行命令。

WIN+R，输入cmd。

示例：设置控制台窗口的大小，30行，100列。

mode con cols=100 lines=30

参考：mode命令

也可以通过命令设置控制台窗口的名字。

示例：

title 贪吃蛇

参考：title命令

这些都是在命令行使用命令行命令的方式来设置控制台的相关参数。

那如果希望使用C语言写程序的方式，来控制这些相关参数，有没有什么办法呢？

其实这些能在控制台窗口执行的命令，也可以调用C语言函数system来执行这些系统命令。

例如：

#include <stdio.h>int main()
{//设置控制台窗口的⻓宽：设置控制台窗口的大小，30行，100列system("mode con cols=100 lines=30");//设置cmd窗口名称system("title 贪吃蛇");return 0;
}

这个程序执行之后，显示的控制台窗口名称是“Microsoft Visual Studio调试控制台”，那是因为当控制台程序还在运行的时候，显示的控制台窗口名称是“贪吃蛇”，而当程序结束后，显示的控制台窗口名称是“Microsoft Visual Studio调试控制台”，故而可以在system("title 贪吃蛇");之后加一句getchar()或system("pause")，维持程序运行，观察system("title 贪吃蛇")的效果。

6.3 控制台屏幕上的坐标COORD

COORD 是Windows API中定义的一个结构体，表示一个字符在控制台屏幕缓冲区上的坐标。

坐标（coordinate的缩写）

坐标系（0,0）的原点位于缓冲区的顶部左侧单元格。

COORD类型的声明。头文件<windows.h>。

//COORD类型的声明
typedef struct _COORD {SHORT X;SHORT Y;
} COORD, *PCOORD;

给坐标赋值：

//创建一个坐标结构体变量pos
COORD pos = { 10, 15 };

6.4 GetStdHandle

GetStdHandle()函数是一个Windows API函数。

GetStdHandle() 用于从一个特定的标准设备（标准输入、标准输出或标准错误）中取得一个句柄。

句柄用来标识不同设备的数值，使用这个特定的句柄就可以操作对应的设备。

HANDLE GetStdHandle(DWORD nStdHandle);

类比：提一桶水需要一个把手，炒一盘菜需要一个锅把手、一个锅铲把手，拿着它才好操作。

同理：你要操作某个控制台程序，你得能够获得它的操作权限、能够识别出这个操作对象。

实例：

HANDLE hOutput = NULL;    //函数返回值是一个HANDLE类型的指针//获取标准输出的句柄(用来标识不同设备的数值)——获得自己这个控制台程序的句柄
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);

参数 DWORD nStdHandle 只有3种取值。

6.5 GetConsoleCursorInfo

检索（获取）有关指定控制台屏幕缓冲区的光标大小和光标可见性的信息

BOOL WINAPI GetConsoleCursorInfo(HANDLE hConsoleOutput,PCONSOLE_CURSOR_INFO lpConsoleCursorInfo
);//PCONSOLE_CURSOR_INFO是指向CONSOLE_CURSOR_INFO结构的指针，该结构接收有关主机游标（光标）的信息

光标效果。

实例：

HANDLE hOutput = NULL;
//获取标准输出的句柄(用来标识不同设备的数值)
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);CONSOLE_CURSOR_INFO CursorInfo = {0};            //创建变量接收控制台光标信息
GetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);//获取控制台光标信息

CONSOLE_CURSOR_INFO

CONSOLE_CURSOR_INFO 是一个结构体。

其中包含有关控制台光标的信息。

typedef struct _CONSOLE_CURSOR_INFO {DWORD dwSize;BOOL bVisible;
} CONSOLE_CURSOR_INFO, *PCONSOLE_CURSOR_INFO;

• dwSize，由光标填充的字符单元格的百分比。此值介于1到100之间。光标外观会变化，范围从完全填充单元格到单元底部的水平线条。

• bVisible，游标的可见性。如果光标可见，则此成员为 TRUE。

CursorInfo.bVisible = false; //隐藏控制台光标

调试观察——光标占单元格的1/4。

6.6 SetConsoleCursorInfo

设置指定控制台屏幕缓冲区的光标大小和光标可见性。

BOOL WINAPI SetConsoleCursorInfo(HANDLE hConsoleOutput,const CONSOLE_CURSOR_INFO *lpConsoleCursorInfo
);

实例：

HANDLE hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);CONSOLE_CURSOR_INFO CursorInfo = {0};          //创建变量接收光标信息
GetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);    //获取控制台光标信息//设置光标大小
//CursorInfo.dwSize = 100; 
//隐藏光标操作
CursorInfo.bVisible = false;                   //隐藏控制台光标——头文件<stdbool.h>
SetConsoleCursorInfo(hOutput, &CursorInfo);    //设置控制台光标状态

6.7 SetConsoleCursorPosition

设置指定控制台屏幕缓冲区中的光标位置。

我们将想要设置的坐标信息放在COORD类型的pos中，调用SetConsoleCursorPosition函数将光标位置设置到指定的位置。

BOOL WINAPI SetConsoleCursorPosition(HANDLE hConsoleOutput,COORD pos
);

实例：

COORD pos = { 10, 5};
HANDLE hOutput = NULL;
//获取标准输出的句柄(用来标识不同设备的数值)
hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
//设置标准输出上光标的位置为pos
SetConsoleCursorPosition(hOutput, pos);

将上述代码封装成一个函数——SetPos()

封装一个设置光标位置的函数。

//设置光标的坐标
void SetPos(short x, short y)
{COORD pos = { x, y };HANDLE hOutput = NULL;    //获取标准输出的句柄(用来标识不同设备的数值)hOutput = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);//设置标准输出上光标的位置为posSetConsoleCursorPosition(hOutput, pos);
}

函数测试。

6.8 GetAsyncKeyState

GetAsyncKeyState()函数是用于获取按键情况。

GetAsyncKeyState()的函数原型如下：

SHORT GetAsyncKeyState(int vKey
);

将键盘上每个键的虚拟键值传递给函数，函数通过返回值来分辨按键的状态。

GetAsyncKeyState() 的返回值是short类型，在上一次调用 GetAsyncKeyState 函数后，如果返回的16位的short数据中，最高位是1，说明按键的状态是按下，如果最高是0，说明按键的状态是抬起；如果最低位被置为1则说明，该按键被按过，否则为0。

如果我们要判断一个键是否被按过，可以检测GetAsyncKeyState返回值的最低值是否为1.

#define KEY_PRESS(VK) ( (GetAsyncKeyState(VK) & 0x1) ? 1 : 0 )

参考：虚拟键码（Winuser.h）- Win32 apps

实例：检测数字键

代码实现。

#include<stdio.h>
#include <windows.h>#define KEY_PRESS(vk) (GetAsyncKeyState(vk)&0x1 ? 1:0)int main()
{while (1){if (KEY_PRESS(0x30))printf("0\n");else if (KEY_PRESS(0x31))printf("1\n");else if (KEY_PRESS(0x32))printf("2\n");else if (KEY_PRESS(0x33))printf("3\n");else if (KEY_PRESS(0x34))printf("4\n");else if (KEY_PRESS(0x35))printf("5\n");else if (KEY_PRESS(0x36))printf("6\n");else if (KEY_PRESS(0x37))printf("7\n");else if (KEY_PRESS(0x38))printf("8\n");else if (KEY_PRESS(0x39))printf("9\n");}return 0;
}

死循环检测。

7. 贪吃蛇游戏设计与分析

7.1 地图

我们最终的贪吃蛇大纲要是这个样子，那我们的地图如何布置呢？

这里不得不讲一下控制台窗口的一些知识，如果想在控制台的窗口中指定位置输出信息，我们得知道该位置的坐标，所以首先介绍一下控制台窗口的坐标知识。

控制台窗口的坐标如下所示，横向的是X轴，从左向右依次增长，纵向是Y轴，从上到下依次增长。

在游戏地图上，我们打印墙体使用宽字符：□，打印蛇使用宽字符●，打印食物使用宽字符★

普通的字符是占一个字节的，这类宽字符是占用2个字节。

这里再简单的讲一下C语言的国际化特性相关的知识，过去C语言并不适合非英语国家（地区）使用。

C语言最初假定字符都是单字节的。但是这些假定并不是在世界的任何地方都适用。

后来为了使C语言适应国际化，C语言的标准中不断加入了国际化的支持。比如：加入和宽字符的类型 wchar_t 和宽字符的输入和输出函数，加入<locale.h>头文件，其中提供了允许程序员针对特定地区（通常是国家或者说某种特定语言的地理区域）调整程序行为的函数。

7.1.1 <locale.h>本地化

<locale.h>提供的函数用于控制C标准库中对于不同的地区会产生不一样行为的部分。

在标准中，依赖地区的部分有以下几项：

• 数字量的格式

• 货币量的格式：¥（人民币）、$（美元）、£（英镑）、……

• 字符集

• 日期和时间的表示形式：1/25/2024、2024/1/25、……

7.1.2 类项

通过修改地区，程序可以改变它的行为来适应世界的不同区域。

但地区的改变可能会影响库的许多部分，其中一部分可能是我们不希望修改的。

所以C语言支持针对不同的类项进行修改，下面的一个宏，指定一个类项：

• LC_COLLATE：影响字符串比较函数 strcoll() 和 strxfrm() 。

• LC_CTYPE：影响字符处理函数的行为。

• LC_MONETARY：影响货币格式。

• LC_NUMERIC：影响 printf() 的数字格式。

• LC_TIME：影响时间格式 strftime() 和 wcsftime() 。

• LC_ALL - 针对所有类项修改，将以上所有类项，设置为给定的语言环境（地区）。

每个类项的详细说明，请参考

7.1.3 setlocale函数

char* setlocale (int category, const char* locale);

setlocale 函数用于修改当前地区，可以针对一个类项修改，也可以针对所有类项。

//setlocale()函数的参数说明

• setlocale 的第一个参数可以是前面说明的类项中的一个，那么每次只会影响一个类项。

//例如：第一个参数是LC_ALL，就会影响所有的类项。

• C标准给第二个参数仅定义了2种可能取值： "C" （正常模式）和 " " （本地模式）。

在任意程序执行开始，都会隐藏式执行调用：

setlocale(LC_ALL, "C");

当地区设置为"C"时，库函数按正常方式执行，小数点是一个点。

当程序运行起来后想改变地区，就只能显示调用setlocale()函数。用" "作为第2个参数，调用setlocale 函数就可以切换到本地模式，这种模式下程序会适应本地环境。

比如：切换到我们的本地模式后就支持宽字符（汉字）的输出等。

setlocale(LC_ALL, " ");//切换到本地环境

setlocale() 的返回值是一个字符串指针，表示已经设置好的格式。

如果调用失败，则返回空指针 NULL 。

setlocale() 可以用来查询当前地区，这时第二个参数设为 NULL 就可以了。

#include <locale.h>
int main()
{char* loc;loc = setlocale(LC_ALL, NULL);printf("默认的本地信息:%s\n", loc);loc = setlocale(LC_ALL,"");printf("设置后的本地信息:%s\n", loc) ;return 0;
}

执行结果。

其他测试。

7.1.4 宽字符的打印

那如果想在屏幕上打印宽字符，怎么打印呢？

宽字符的字面量必须加上前缀L，否则C语言会把字面量当作窄字符类型处理。

前缀L在单引号前面，表示宽字符，宽字符的打印使用wprintf，对应wprintf()的占位符为%lc；

在双引号前面，表示宽字符串，对应wprintf()的占位符方%ls。

#include <stdio.h>
#include<locale.h>
int main() {setlocale(LC_ALL, "");wchar_t ch1 = L'●';wchar_t ch2 = L'⽐';wchar_t ch3 = L'特';wchar_t ch4 = L'★';printf("%c%c\n", 'a', 'b');wprintf(L"%lc\n", ch1);wprintf(L"%lc\n", ch2);wprintf(L"%lc\n", ch3);wprintf(L"%lc\n", ch4);return 0;
}

输出结果。

普通字符和宽字符打印出宽度的展示如下。

7.1.5 地图坐标

我们假设实现一个棋盘27行，58列的棋盘（行和列可以根据自己的情况修改）.

列最好是2的倍数——因为一个宽字符占2个窄字符的位置，坐标系的x轴是按照单字符来算的。

再围绕地图画出墙，如下：

7.2 蛇身和食物

初始化状态，假设蛇的长度是5，蛇身的每个节点是●，在固定的一个坐标处，比如(24, 5)处开始出现蛇，连续5个节点。

注意：蛇的每个节点的x坐标（左单字符的x）必须是2个倍数，否则可能会出现蛇的一个节点有一半儿出现在墙体中，另外一般在墙外的现象，坐标不好对齐。

关于食物，就是在墙体内随机生成一个坐标（x坐标必须是2的倍数），坐标不能和蛇的身体重合，然后打印★。

7.3 数据结构设计

在游戏运行的过程中，蛇每次吃一个食物，蛇的身体就会变长一节，如果我们使用链表存储蛇的信息，那么蛇的每一节其实就是链表的每个节点。每个节点只要记录好蛇身节点在地图上的坐标就行，所以蛇节点结构如下：

typedef struct SnakeNode
{int x;int y;struct SnakeNode* next;
}SnakeNode, * pSnakeNode;

要管理整条贪吃蛇，我们再封装一个Snake的结构来维护整条贪吃蛇：

typedef struct Snake
{pSnakeNode _pSnake;    //维护整条蛇的指针pSnakeNode _pFood;     //维护⻝物的指针enum DIRECTION _Dir;   //蛇头的⽅向默认是向右enum GAME_STATUS _Status;//游戏状态int _Socre;            //当前获得分数int _foodWeight;       //默认每个⻝物10分int _SleepTime;        //每⾛⼀步休眠时间
}Snake, * pSnake;

蛇的方向，可以一一列举，使用枚举。

//方向
enum DIRECTION
{UP = 1,DOWN,LEFT,RIGHT
};

游戏状态，可以一一列举，使用枚举。

//游戏状态
enum GAME_STATUS
{OK,//正常运⾏KILL_BY_WALL,//撞墙KILL_BY_SELF,//咬到⾃⼰END_NOMAL//正常结束
};