第09章-項目實戰(zhàn)：俄羅斯方塊游戲自考成人專科本科課件

第9章項目實戰(zhàn)：俄羅斯方塊游戲項目概述案例實現(xiàn)項目概述案例實現(xiàn)?點擊查看本小節(jié)知識架構(gòu)?點擊查看本小節(jié)知識架構(gòu)9.29.1理解掌握掌握掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)理解項目整體的框架1掌握Shell編程基本語法的應(yīng)用42掌握項目功能模塊的設(shè)計思想3掌握項目整體的代碼設(shè)計方法在本章之前，本書已經(jīng)詳細(xì)地介紹了Linux操作系統(tǒng)平臺上的各種應(yīng)用。如Shell編程、軟件管理、編程工具等。本章將通過一個完整的項目，幫助讀者回憶本書的重點內(nèi)容以及提升代碼處理能力。俄羅斯方塊作為一款經(jīng)典的益智類游戲，不僅可以用來休閑娛樂，而且可以提升玩家的思維敏捷性。截止到目前，該游戲已經(jīng)衍生出很多版本，在世界范圍內(nèi)廣受歡迎。因此，本章將以該游戲為參考原型，討論通過核心的Shell編程實現(xiàn)游戲中的各種功能需求。9.1

項目概述9.1.1開發(fā)背景返回目錄9.1.4正則表達式的概念9.1.3功能設(shè)計9.1.2需求分析軟件框架9.1.1開發(fā)背景在個人計算機與手機普及的今天，一些有趣的桌面游戲已經(jīng)成為人們在學(xué)習(xí)或工作之余休閑娛樂的首選。俄羅斯方塊作為一款風(fēng)靡世界的掌上游戲與PC機游戲深受人們喜愛，它由俄羅斯人阿列克謝?帕基特諾夫（AlexeyPazhitnov）于1986年6月發(fā)明。俄羅斯方塊原名是俄語Тетрис，這個名字來源于希臘語tetra，意思是“四”。而游戲的作者最喜歡網(wǎng)球（tennis），于是，他把tetra和tennis兩個詞合二為一，將游戲命名為Tetris，這就是俄羅斯方塊英文名字的由來。9.1項目概述9.1.1開發(fā)背景俄羅斯方塊的基本規(guī)則是移動、旋轉(zhuǎn)和擺放游戲自動輸出的各種方塊，使之排列成完整的一行或多行并且消除得分。而沒有被消除掉的方塊會不斷堆積，一旦堆積到屏幕頂端，則游戲結(jié)束。俄羅斯方塊上手極其簡單，但是要熟練掌握其中的操作與擺放技巧，需要玩家不斷地練習(xí)。由于俄羅斯方塊具有數(shù)學(xué)性、動態(tài)性等特點，且知名度高，所以其經(jīng)常被用來作為游戲程序開發(fā)的經(jīng)典案例。9.1項目概述9.1.2項目需求分析本次項目實戰(zhàn)選取Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，其開發(fā)使用的語言為Shell腳本語言。游戲界面通過系統(tǒng)的終端進行顯示，并保留早期俄羅斯方塊設(shè)計的基礎(chǔ)規(guī)則。圖所示為本項目實現(xiàn)的基礎(chǔ)游戲界面。9.1項目概述9.1.2項目需求分析通過基礎(chǔ)游戲界面玩家可隨時了解自己當(dāng)前的分?jǐn)?shù)與等級。每當(dāng)堆積的方塊被消除一行時，分?jǐn)?shù)加1；當(dāng)分?jǐn)?shù)累加到指定數(shù)值后，等級加1；等級越高則方塊下落的速度越快。當(dāng)某一個方塊從方框頂端下落時，方框外將顯示下一個降落方塊的形狀。在方塊下落過程中，玩家可以通過按鍵移動與旋轉(zhuǎn)方塊。按鍵說明如表所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析游戲中的方塊種類、方塊形狀、方塊顏色均隨機產(chǎn)生，其中方塊的基礎(chǔ)種類共有7種，如圖所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析圖中第1種類型的方塊只有1種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示該形狀，如圖所示。9.1項目概述圖中第2種類型的方塊有2種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這2種形狀，如圖所示。9.1.2項目需求分析圖中第3種類型的方塊有2種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這2種形狀，如圖所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析圖中第4種類型的方塊有2種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這2種形狀，如圖所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析圖中第5種類型的方塊有4種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這4種形狀，如圖所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析圖中第6種類型的方塊有4種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這4種形狀，如圖所示。9.1項目概述9.1.2項目需求分析圖中第7種類型的方塊有4種形狀。使用平面直角坐標(biāo)系表示這4種形狀，如圖所示。9.1項目概述9.1.3功能設(shè)計根據(jù)9.1.2節(jié)中的項目需求分析可知，案例代碼需要實現(xiàn)以下6個主要的功能。（1）程序運行后，立刻顯示出游戲的界面（方框、分?jǐn)?shù)記錄等）。（2）隨機產(chǎn)生的方塊可以自動降落，每次降落1格（長度為1個字符）。（3）在隨機產(chǎn)生的方塊在降落過程中，玩家可以使用按鍵移動它或轉(zhuǎn)換它的形狀。（4）當(dāng)方框中的方塊在某一時刻形成完整的一行或多行時，這些方塊將會被消除，并計分。9.1項目概述9.1.3功能設(shè)計（5）當(dāng)隨機產(chǎn)生的方塊開始降落時，界面中會同時顯示下一輪降落的方塊形狀。（6）降落或移動中的方塊在被方框或其他方塊阻擋時，則不能降落或移動。上述功能描述中，需要注意的是，在一個程序中不可能同時實現(xiàn)方塊自動降落、按鍵控制方塊移動（或旋轉(zhuǎn)）以及整行消除等功能。因此，可以考慮將該案例代碼設(shè)計為兩部分。9.1項目概述9.1.3功能設(shè)計如圖所示。9.1項目概述9.1.4軟件框架圖所示的兩部分內(nèi)容需要運行2個獨立的程序來實現(xiàn)，程序1的主要工作為響應(yīng)玩家按鍵輸入，并根據(jù)玩家的按鍵輸入發(fā)送相應(yīng)的信號；而程序2的主要的工作為實現(xiàn)與玩家的界面互動，如顯示界面、方塊的動態(tài)操作等。9.1項目概述9.1.4軟件框架由圖所示的框架可知，程序1通過循環(huán)可持續(xù)判斷玩家的按鍵輸入，并根據(jù)具體的輸入按鍵發(fā)送相應(yīng)的信號給程序2，直到收到退出指示，則執(zhí)行退出。9.1項目概述1.程序1程序1的代碼設(shè)計框架如圖所示。9.1.4軟件框架9.1項目概述2.程序2程序2的代碼設(shè)計框架如圖所示。由圖所示的框架可知，程序2不僅可以響應(yīng)程序1的信號請求，還可以支持界面交互。9.1.4軟件框架9.1項目概述對上述程序中的各個功能模塊進行封裝，具體的封裝函數(shù)與功能說明如表所示。9.2

案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹返回目錄9.2.4正則表達式的概念9.2.3代碼設(shè)計邏輯9.2.2案例代碼分析項目效果展示9.2.1核心技術(shù)介紹9.1節(jié)主要對項目的需求與軟件框架進行了分析。由此可知，案例代碼設(shè)計的核心為如何實現(xiàn)方塊的處理，包括形狀設(shè)定、界面顯示、信號處理等。因此，下面對這些處理進行詳細(xì)介紹。1.數(shù)組記錄坐標(biāo)9.1.2節(jié)主要討論了俄羅斯方塊的7種基礎(chǔ)形狀，并且采用直角坐標(biāo)系的方式轉(zhuǎn)換后的形狀進行記錄。因此，案例代碼需要使用數(shù)組來保存這些坐標(biāo)記錄，從而實現(xiàn)方塊形狀的區(qū)分。在Shell編程中，數(shù)組變量的賦值有兩種方法。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹方法1：9.2案例實現(xiàn)方法2：如例所示，使用方法1對數(shù)組進行賦值。9.2.1核心技術(shù)介紹例中，符號“@”與“*”表示所有元素，符號“#”則表示數(shù)組的元素個數(shù)。例的運行結(jié)果如下所示。9.2案例實現(xiàn)根據(jù)輸出結(jié)果可知，數(shù)組的元素為3個，分別為a、b、c。如例所示，使用方法2對數(shù)組進行賦值。9.2.1核心技術(shù)介紹例中，第4行代碼使用雙括號表示擴展，即括號中的表達式可以使用C語言程序的編寫方式。第6行代碼中，“${chars:$i:1}”表示從字符串中讀取子串，其語法格式如下所示。9.2案例實現(xiàn)上述語法格式表示在字符串string中，從位置position開始提取長度為length的子串。例中的length為1，表示提取一個字符。9.2.1核心技術(shù)介紹例的運行結(jié)果如下所示。9.2案例實現(xiàn)根據(jù)輸出結(jié)果可知，例的功能為執(zhí)行循環(huán)，每次從字符串中讀取一個字符，并保存到數(shù)組中，然后輸出數(shù)組中的元素。9.2.1核心技術(shù)介紹例使用數(shù)組對不同種類的方塊在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)進行記錄。按照從左到右、從下到上的方式依次記錄坐標(biāo)，其數(shù)組的賦值如下所示。（坐標(biāo)參考圖9.3～圖9.9）。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹2.界面顯示方塊的坐標(biāo)點確定之后，需要考慮如何在終端上實現(xiàn)整個界面的顯示。Shell編程中，可以使用命令echo實終端顯示。echo可以輸出帶有顏色的字體，其語法格式如下所示。9.2案例實現(xiàn)上述語法格式中，“033”表示轉(zhuǎn)義序列的控制字符Esc。這里需要說明的是，終端的字符顏色由轉(zhuǎn)義序列進行控制（文本模式下的系統(tǒng)顯示功能，與具體的語言無關(guān)）。轉(zhuǎn)義序列以控制字符Esc開頭，該字符的ASCII碼使用十進制數(shù)表示為27，使用十六進制數(shù)表示為0x1B，使用八進制數(shù)表示為033。9.2.1核心技術(shù)介紹由于多數(shù)轉(zhuǎn)義序列的控制字符都超過兩個字符，因此上述語法格式中，將“033”與“[”進行組合，表示引導(dǎo)轉(zhuǎn)義序列?！癿”則表示結(jié)束轉(zhuǎn)義序列。上述語法格式中，字體顏色與背景顏色可選擇的范圍如下所示。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹上述語法格式中，“\033[0m”用來實現(xiàn)輸出特效格式控制，表示關(guān)閉所有屬性。其他的ASCII控制碼如表所示。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹綜合上述介紹編寫測試程序，實現(xiàn)在終端上顯示圖中的方塊1，如例所示。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹例的第13行代碼中，方塊的Y軸坐標(biāo)以頂端為起始位置，加1則表示向下移動1個字符的距離。終端顯示的方塊由符號“[”與“]”組成，共2個字符，因此第11行代碼中的X坐標(biāo)值需要乘以2。例的運行結(jié)果如圖所示。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹3.信號處理由第2部分的介紹可知，通過改變X、Y坐標(biāo)可以實現(xiàn)在屏幕的不同地方繪制方塊。如果想通過按鍵實現(xiàn)對方塊的操作，則需要使用信號處理機制。由9.1.4節(jié)的框架介紹可知，程序1用來接收按鍵輸入并發(fā)送信號給程序2，程序2則用來響應(yīng)信號并進行處理。在Shell中，trap命令用來實現(xiàn)對信號的響應(yīng)，其響應(yīng)信號的方式有以下3種。（1）執(zhí)行自定義的處理響應(yīng)信號。（2）執(zhí)行信號的默認(rèn)處理。（3）忽略該信號。9.2案例實現(xiàn)9.2.1核心技術(shù)介紹上述3種信號響應(yīng)方式分別對應(yīng)trap命令的3種語法格式。（1）trap命令接收到signal-list清單中數(shù)值相同的信號時，執(zhí)行commands命令串。9.2案例實現(xiàn)上述語法格式中需要注意的是，單引號與雙引號表示的意義不同。Shell程序執(zhí)行trap命令時，會對commands中的命令串進行掃描。如果使用單引號標(biāo)識commands，則Shell不會對commands中的變量或命令進行替換，否則commands中的變量或命令將會被當(dāng)時具體的值替換。9.2.1核心技術(shù)介紹（2）trap命令接收到signal-list清單中數(shù)值相同的信號時，執(zhí)行默認(rèn)操作，即忽略comands命令串。9.2案例實現(xiàn)（3）trap命令接收到signal-list清單中數(shù)值相同的信號時，執(zhí)行忽略操作，即不指定commands命令串。9.2.2案例代碼分析下面對案例代碼中封裝的函數(shù)接口依次進行介紹，示例代碼參考教材9.2.2節(jié)。以上代碼主要定義了程序所需的全局變量。其中的核心內(nèi)容為數(shù)組的使用，通過數(shù)組分別記錄不同方塊的坐標(biāo)位置，從而保證在游戲界面中顯示不同形狀的方塊。示例代碼參考教材9.2.2節(jié)。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分為程序1的入口函數(shù)（主函數(shù)）。函數(shù)的主要功能為通過read命令讀取按鍵輸入并執(zhí)行判斷，根據(jù)按鍵信息，發(fā)送不同的信號給程序2。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分為程序1退出時的處理。程序1在退出時，首先發(fā)送信號給程序2，通知程序2退出；然后恢復(fù)終端的原有屬性，即恢復(fù)終端原有的命令行輸入格式，退出游戲界面。示例低嗎參考教材9.2.2節(jié)。以上代碼部分為程序2的入口函數(shù)（主函數(shù)）。函數(shù)的主要功能分為兩部分：一部分為調(diào)用初始化函數(shù)InitDraw，實現(xiàn)游戲界面的顯示（后續(xù)詳細(xì)介紹）；另一部分為信號的掛載（注冊信號），并根據(jù)信號的類型，調(diào)用不同的函數(shù)進行處理。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分為程序2的檢測函數(shù)，執(zhí)行移動方塊任務(wù)的函數(shù)會主動調(diào)用該函數(shù)。函數(shù)的主要功能為判斷方塊移動后是否會碰撞到其他已經(jīng)下落的方塊或游戲界面邊框，即判斷該方塊是否具備移動的條件。示例代碼參考教材9.2.2節(jié)。以上代碼部分為程序2的功能函數(shù)，函數(shù)的主要功能為方塊下落停止后，檢測當(dāng)前方框中的固定方塊組合是否形成完整行。如果形成完整行，則消除該行，并重新記錄得分以及等級。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼實現(xiàn)的功能為方塊下落一行。其移動的原理為清除當(dāng)前游戲界面中顯示的方塊，然后改變方塊顯示時的Y坐標(biāo)，最后重新向終端輸出該方塊。因此，移動方塊并非直接使方塊發(fā)生移動，而是將原有的方塊擦除，然后顯示新的方塊。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分實現(xiàn)的功能為方塊左移一列，其原理與方塊下落時相同。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分實現(xiàn)的功能為方塊右移一列，其原理與方塊左移時相同。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分的功能為方塊快速下落，即立刻下落到不能下落為止。其原理與下落一行時類似，二者的區(qū)別是：下落一行時，方塊Y軸坐標(biāo)的偏移量為1；快速下落時，方塊Y軸坐標(biāo)的偏移量不固定，需要提前計算。示例代碼參考教材9.2.2節(jié)。以上代碼實現(xiàn)的功能為方塊旋轉(zhuǎn)，即改版方塊在下落過程中的形狀，實現(xiàn)方塊旋轉(zhuǎn)需要得到旋轉(zhuǎn)后的方塊在數(shù)組中的坐標(biāo)值，除此之外，其原理與方塊移動時相同。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼實現(xiàn)的功能為方塊顯示或消除。函數(shù)根據(jù)不同種類方塊的坐標(biāo)以及方塊在界面中的偏移量，將方塊顯示在界面中的某一位置。同時函數(shù)可以清除界面中的方塊，其原理為向方塊所在的界面位置上打印空字符，從而使空字符覆蓋掉原有的字符。調(diào)用該函數(shù)，使用先消除后顯示的方式即可實現(xiàn)方塊的旋轉(zhuǎn)或移動。代碼參考教材9.2.2節(jié)。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼實現(xiàn)的功能較多，第456～463行代碼實現(xiàn)了將上一輪預(yù)顯示的方塊作為本輪即將下落的方塊；第465～485行代碼用來確定方塊開始下落的位置并使其開始下落；第494～502行代碼實現(xiàn)對上一輪預(yù)顯示方塊的清除；第504～515行代碼實現(xiàn)隨機產(chǎn)生新的方塊；第517～527行代碼實現(xiàn)將新產(chǎn)生的方塊作為本輪的預(yù)顯示方塊。上述函數(shù)通常在方塊下落結(jié)束時被調(diào)用，從而保證每一輪預(yù)顯示的方塊作為下一輪下落的方塊。代碼參考教材9.2.2節(jié)。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼實現(xiàn)的功能為游戲界面顯示，包括游戲邊框繪制與分?jǐn)?shù)、等級提示。同時調(diào)用RandomBox函數(shù)，產(chǎn)生下落方塊以及預(yù)顯示方塊。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼為退出函數(shù)與提示函數(shù)。程序退出時調(diào)用退出函數(shù)，玩家執(zhí)行“幫助”操作時調(diào)用提示函數(shù)（顯示腳本執(zhí)行的方法）。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析以上代碼部分為整個案例代碼的入口，其中第601行代碼用來啟動程序2，第602行代碼為程序1的入口。案例代碼的運行方式如下所示。（Tetris.sh為腳本名稱）9.2案例實現(xiàn)根據(jù)上述運行方式可知，腳本程序運行時，并沒有命令行傳參。因此，涉及到命令行參數(shù)$1的代碼（第593～599行）在開始時不會被執(zhí)行。再根據(jù)if-else分支語句可以確定，第601行為整個案例運行的第一行代碼，其中符號“&”表示在后臺運行，$0則表示程序本身的名稱，替換該名稱后的代碼如下所示。9.2.2案例代碼分析由此可知，該行代碼采用了遞歸調(diào)用的思想，將腳本程序再次運行。通俗地說，在一個腳本程序中運行另一個腳本，而另一個腳本仍然是該腳本本身，其原理如圖所示。9.2案例實現(xiàn)9.2.2案例代碼分析需要注意的是，再次執(zhí)行腳本并不會重復(fù)執(zhí)行腳本中的內(nèi)容。如第601行代碼所示，對運行的腳本程序執(zhí)行命令行傳參，參數(shù)為“--show”。因此，再次運行的腳本程序首先會執(zhí)行第第593～599行的判斷語句，其中執(zhí)行到第