双向链表实现贪吃蛇游戏

前面章节中,给读者详细介绍了双向链表及其基本操作。在此基础上,本节教大家:如何利用双向链表实现一个简易的 C 语言版贪吃蛇游戏(如图 1 所示)。

贪吃蛇游戏
图 1 贪吃蛇小游戏的实现效果

其中,黄色框代表贪吃蛇,红色 代表食物!

使用双向链表实现此游戏,有以下几点需要做重点分析。

1) 我们知道,双向链表中各个节点的标准构成是一个数据域和 2 个指针域,但对于实现贪吃蛇游戏来说,由于各个节点的位置是随贪吃蛇的移动而变化的,因此链表中的各节点还需要随时进行定位。

在一个二维画面中,定义一个节点的位置,至少需要所在的行号和列号这 2 个数据。由此,我们可以得出构成贪吃蛇的双向链表中各节点的构成:
//创建表示蛇各个节点的结构体
typedef struct SnakeNode {
    int x, y;//记录节点所在的行和列
    struct SnakeNode *pre;//指向前驱节点的指针
    struct SnakeNode *next;//指向后续节点的指针
}Node, *pNode;

2) 贪吃蛇的移动,本质上就是对链表中各个节点的重新定位。换句话说,除非贪吃蛇吃到食物,否则无论怎样移动,都不会对双向链表的整个结构(节点数)产生影响,唯一受影响的就只是各个节点中 (x,y) 这对定位数据。

由此,我们可以试着设计出实现贪吃蛇移动的功能函数,本节所用的实现思想分为 2 步:
  1. 从蛇尾(双向链表尾节点)开始,移动向前遍历,过程中依次将当前节点的 (x,y) 修改为前驱节点的 (x,y),由此可实现整个蛇身(除首元节点外的其它所有节点)的向前移动;
  2. 接收用户输入的移动指令,根据用户指示贪吃蛇向左、向右、向上还是向下移动,首元节点中的 (x,y) 分别做 x-1、x+1、y-1 和 y+1 运算。

如下所示,move() 函数就实现了贪吃蛇的移动:
//贪吃蛇移动的过程,即链表中所有节点从尾结点开始逐个向前移动一个位置
bool Move(pNode pHead, char key) {
    bool game_over = false;
    pNode pt = pTail;
    while (pt != pHead) { // 每个节点依次向前完成蛇的移动
        pt->x = pt->pre->x;
        pt->y = pt->pre->y;
        pt = pt->pre;
    }
    switch (key) {
        case'd': {
            pHead->x += 1;
            if (pHead->x >= ROW)
                game_over = true;
            break;
        }
        case'a': {
            pHead->x -= 1;
            if (pHead->x < 0)
                game_over = true;
            break;
        }
        case's': {
            pHead->y += 1;
            if (pHead->y >= COL)
                game_over = true;
            break;
        }
        case'w': {
            pHead->y -= 1;
            if (pHead->y < 0)
                game_over = true;;
            break;
        }
    }
    if (SnakeDeath(pHead))
        game_over = true;
    return game_over;
}

注意,此段代码中还调用了 SnakeDeath() 函数,此函数用于判断贪吃蛇移动时是否撞墙、撞自身,如果是则游戏结束。


3) 当贪吃蛇吃到食物时,贪吃蛇需要增加一截,其本质也就是双向链表增加一个节点。前面章节中,已经详细介绍了如何在双向链表中增加一个节点,因此实现这个功能唯一的难点在于:如何为该节点初始化 (x,y)?

本节所设计的贪吃蛇游戏,针对此问题,提供了最简单的解决方案,就是不对新节点 x 和 y 做初始化。要知道,贪吃蛇是时刻移动的,而在上面的 move() 函数中,会时刻修正贪吃蛇每个节点的位置,因此当为双向链表添加新节点后,只要贪吃蛇移动一步,新节点的位置就会自行更正。

当然,读者也可发散思维,设计其他的解决方案。

也就是说,贪吃蛇吃到食物的实现,就仅是给双向链表添加一个新节点。如下即为实现此功能的代码:
//创建表示食物的结构体,其中只需要记录其所在的行和列
typedef struct Food {
    int x;
    int y;
}Food, *pFood;
//吃食物,等同于链表中新增一个节点
pNode EatFood(pNode pHead, pFood pFood) {
    pNode p_add = NULL, pt = NULL;
    if (pFood->x == pHead->x&&pFood->y == pHead->y) {
        p_add = (pNode)malloc(sizeof(Node));
        score++;
        pTail->next = p_add;
        p_add->pre = pTail;
        p_add->next = NULL;
        pTail = p_add;
        // 检查食物是否出现在蛇身的位置上
        do {
            *pFood = CreateFood();
        } while (FoodInSnake(pHead, pFood));
    }
    return pHead;
}
其中,Food 结构体用来表示食物,其内部仅包含能够定位食物位置的 (x,y) 即可。另外,此段代码中,还调用了 FoodeInSnake() 函数,由于食物的位置是随机的,因此极有可能会和贪吃蛇重合,所以此函数的功能就是:如果重合,就重新生成食物。

FoodInSnake() 函数的实现很简单,这里不再赘述:
//判断食物的出现位置是否和蛇身重合
bool FoodInSnake(pNode pHead, pFood pFood) {
    pNode pt = NULL;
    for (pt = pHead; pt != NULL; pt = pt->next) {
        if (pFood->x == pt->x&&pFood->y == pt->y)
            return true;
    }
    return false;
}

4) 贪吃蛇游戏界面的显示,最简单的制作方法就是:贪吃蛇每移动一次,都清除屏幕并重新生成一次。这样实现的问题在于,如果贪吃蛇的移动速度过快,则整个界面在渲染的同时,会掺杂着光标,并且屏幕界面会频繁闪动。

因此,在渲染界面时,有必要将光标隐藏起来,这需要用到<windows.h>头文件,实现代码如下:
// 隐藏光标
void gotoxy(int x, int y) {
    HANDLE handle = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    COORD pos;
    pos.X = x;
    pos.Y = y;
    SetConsoleCursorPosition(handle, pos);
}
void HideCursor() {
    CONSOLE_CURSOR_INFO cursor_info = { 1, 0 };
    SetConsoleCursorInfo(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), &cursor_info);
}
同时,为了给整个界面渲染上颜色,也需要引入<windows.h>头文件,并使用如下函数:
void color(int m) {
    HANDLE consolehend;
    consolehend = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    SetConsoleTextAttribute(consolehend, m);
}
5) 需要注意的一点是,由此结束后,一定要手动释放双向链表占用的堆空间:
//退出游戏前,手动销毁链表中各个节点
void ExitGame(pNode *pHead)
{
    pNode p_delete = NULL, p_head = NULL;
    while (*pHead != NULL) {
        p_head = (*pHead)->next;
        if (p_head != NULL)
            p_head->pre = NULL;
        p_delete = *pHead;
        free(p_delete);
        p_delete = NULL;
        *pHead = p_head;
    }
}
解决以上问题之后,用双向链表实现贪吃蛇,基本上就没有难点了。读者可根据本节提供的实现思想,尝试独立实现。

本节设计实现的贪吃蛇游戏,源码文件有 3 个,分别为 snake.h、snake.c 和 main.c,读者可直接点击贪吃蛇游戏进行下载。

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