贪吃蛇
实验介绍
贪吃蛇是一个起源于1976年的街机游戏 Blockade。此类游戏在1990年代由于一些具有小型屏幕的移动电话的引入而再度流行起来，在现在的手机上基本都可安装此小游戏。版本亦有所不同。 在游戏中，玩家操控一条细长的蛇，它会不停前进，玩家只能操控蛇的头部朝向（上下左右），一路拾起触碰到食物，并要避免触碰到自身或者其他障碍物。每次贪吃蛇吃掉一件食物，它的身体便增长一些。
涉及知识点
OLED绘图 按键事件
开发环境准备
硬件
开发用电脑一台
HAAS EDU K1 开发板一块
USB2TypeC 数据线一根软件
开发环境的搭建请参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之搭建开发环境》，其中详细的介绍了AliOS Things 3.3的IDE集成开发环境的搭建流程。
本案例的代码下载请参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之创建工程》，
> 选择解决方案：“HaaS EDU K1教育开发案例合集”
> 选择开发板：haaseduk1 board configure
-- 编译固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之编译固件》。
-- 烧录固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之烧录固件》。
设计思路
游戏空间映射到逻辑空间
当玩家在体验游戏时，他们能操作的都是游戏空间，包括按键的上下左右，对象物体的运动等等。对于开发者而言，我们需要将这些设想的游戏空间映射到逻辑空间中，做好对用户输入的判断，对象运动的处理，对象间交互的判定，游戏整体进程的把控，以及最终将逻辑空间再次映射回游戏空间，返回给玩家。
对象定义
这一步是将游戏空间中涉及到的对象抽象化。在C语言的实现中，我们将对象抽象为结构体，对象属性抽象为结构体的成员。
蛇
typedef struct
{
uint8_t length; // 当前长度
int16_t *XPos; // 逻辑坐标x 数组
int16_t *YPos; // 逻辑坐标y 数组
uint8_t cur_dir; // 蛇头的运行方向
uint8_t alive; // 存活状态
} Snake;食物
typedef struct
{
int16_t x;
int16_t y; // 食物逻辑坐标
uint8_t eaten; // 食物是否被吃掉
} Food;地图
typedef struct
{
int16_t border_top;
int16_t border_right;
int16_t border_botton;
int16_t border_left; // 边界像素坐标
int16_t block_size; // 网格大小，在本实验的实现中，蛇身和食物的大小被统一约束进网格的大小中
} Map;游戏
typedef struct
{
int16_t score; // 游戏记分
int16_t pos_x_max; // 逻辑最大x坐标 pos_x_max = (map.border_right - map.border_left) / map.block_size;
int16_t pos_y_max; // 逻辑最大y坐标 pos_y_max = (map.border_botton - map.border_top) / map.block_size;
} snake_game_t;通过Map和snake_game_t的定义，我们将屏幕的 (border_left, border_top, border_bottom, border_right) 部分设定为游戏区域，并且将其切分为 pos_x_max* pos_y_max 个大小为 block_size 的块。继而，我们可以在每个块中绘制蛇、食物等对象。
对象初始化
在游戏每一次开始时，我们需要给对象一些初始的属性，例如蛇的长度、位置、存活状态，食物的位置、状态， 地图的边界、块大小等等。
Food food = {-1, -1, 1};
Snake snake = {4, NULL, NULL, 0, 1};
Map map = {2, 128, 62, 12, 4};
snake_game_t snake_game = {0, 0, 0};
int greedySnake_init(void)
{
// 计算出游戏的最大逻辑坐标，用于约束游戏范围
snake_game.pos_x_max = (map.border_right - map.border_left) / map.block_size;
snake_game.pos_y_max = (map.border_botton - map.border_top) / map.block_size;
// 为蛇的坐标数组分配空间，蛇的最大长度是填满整个屏幕，即 pos_x_max* pos_y_max
snake.XPos = (int16_t *)malloc(snake_game.pos_x_max * snake_game.pos_y_max * sizeof(int16_t));
snake.YPos = (int16_t *)malloc(snake_game.pos_x_max * snake_game.pos_y_max * sizeof(int16_t));
// 蛇的初始长度设为4
snake.length = 4;
// 蛇的初始方向设为右
snake.cur_dir = SNAKE_RIGHT;
// 生成蛇的身体，蛇头在逻辑区域最中间的坐标上，即 (pos_x_max/2, pos_y_max/2)
for (uint8_t i = 0; i < snake.length; i++)
{
snake.XPos[i] = snake_game.pos_x_max / 2 + i;
snake.YPos[i] = snake_game.pos_y_max / 2;
}
// 复活这条蛇
snake.alive = 1;
// 将食物设置为被吃掉
food.eaten = 1;
// 生成食物，因为食物需要反复生成，所以封装为函数
gen_food();
// 游戏开始分数为0
snake_game.score = 0;
return 0;
}void gen_food()
{
int i = 0;
// 如果食物被吃了
if (food.eaten == 1)
{
while (1)
{
// 随机生成一个坐标
food.x = rand() % snake_game.pos_x_max;
food.y = rand() % snake_game.pos_y_max;
// 开始遍历蛇身，检查坐标是否重合
for (i = 0; i < snake.length; i++)
{
// 如果生成的食物坐标和蛇身重合，不合法，重新随机生成
if ((food.x == snake.XPos[i]) && (food.y == snake.YPos[i]))
break;
}
// 遍历完蛇身，并未发生重合
if (i == snake.length)
{
// 生成有效，终止循环
food.eaten = 0;
break;
}
}
}
}对象绘画
这一步其实是将逻辑空间重新映射到游戏空间，理应是整个游戏逻辑的最后一步，但是在我们开发过程中，也需要来自游戏空间的反馈，来验证我们的实现是否符合预期。因此我们在这里提前实现它。
蛇
static uint8_t icon_data_snake1_4_4[] = {0x0f, 0x0f, 0x0f, 0x0f}; // 纯色方块
static icon_t icon_snake1_4_4 = {icon_data_snake1_4_4, 4, 4, NULL};
static uint8_t icon_data_snake0_4_4[] = {0x09, 0x09, 0x03, 0x03}; // 纹理方块
static icon_t icon_snake0_4_4 = {icon_data_snake0_4_4, 4, 4, NULL};
void draw_snake()
{
uint16_t i = 0;
OLED_Icon_Draw(
map.border_left + snake.XPos[i] * map.block_size,
map.border_top + snake.YPos[i] * map.block_size,
&icon_snake0_4_4,
0
); // 蛇尾一定使用纹理方块
for (; i < snake.length - 2; i++)
{
OLED_Icon_Draw(
map.border_left + snake.XPos[i] * map.block_size,
map.border_top + snake.YPos[i] * map.block_size,
((i % 2) ? &icon_snake1_4_4 : &icon_snake0_4_4),
0);
} // 蛇身交替使用纯色和纹理方块来模拟蛇的花纹
OLED_Icon_Draw(
map.border_left + snake.XPos[i] * map.block_size,
map.border_top + snake.YPos[i] * map.block_size,
&icon_snake1_4_4,
0
); // 蛇头一定使用纯色方块
}食物
static uint8_t icon_data_food_4_4[] = {0x06, 0x09, 0x09, 0x06};
static icon_t icon_food_4_4 = {icon_data_food_4_4, 4, 4, NULL};
void draw_food()
{
if (food.eaten == 0) // 如果食物没被吃掉
{
OLED_Icon_Draw(
map.border_left + food.x * map.block_size,
map.border_top + food.y * map.block_size,
&icon_food_4_4,
0);
}
}对象行为
蛇的运动
在贪吃蛇中，对象蛇发生运动，有两种情况，一是在用户无操作的情况下，蛇按照目前的方向继续运动，而是用户按键触发蛇的运动。总而言之，都是蛇的运动，只是运动的方向不同，所以我们可以将蛇的行为抽象为 void Snake_Run(uint8_t dir)。 这里以向上走为例。
void Snake_Run(uint8_t dir)
{
switch (dir)
{
// 对于右移
case SNAKE_UP:
// 如果当前方向是左则不响应，因为不能掉头
if (snake.cur_dir != SNAKE_DOWN)
{
// 将蛇身数组向前移
// 值得注意的是，这里采用数组起始(XPos[0],YPos[0])作为蛇尾，
// 而使用(XPos[snake.length - 1], YPos[snake.length - 1])作为蛇头
// 这样实现会较为方便
for (uint16_t i = 0; i < snake.length - 1; i++)
{
snake.XPos[i] = snake.XPos[i + 1];
snake.YPos[i] = snake.YPos[i + 1];
}
// 将蛇头位置转向右侧，即 snake.XPos[snake.length - 2] + 1
snake.XPos[snake.length - 1] = snake.XPos[snake.length - 2];
snake.YPos[snake.length - 1] = snake.YPos[snake.length - 2] - 1;
snake.cur_dir = dir;
}
break;
case SNAKE_LEFT:
...
case SNAKE_DOWN:
...
case SNAKE_RIGHT:
...
break;
}
// 检查蛇是否存活
check_snake_alive();
// 检查食物状态
check_food_eaten();
// 更新完所有状态后绘制蛇和食物
draw_snake();
draw_food();
}死亡判定
在蛇每次运动的过程中，都涉及到对整个游戏新的更新，包括上述过程中出现的 check_snake_alive check_food_eaten 等。 对于 check_snake_alive， 分为两种情况：蛇碰到地图边界/蛇吃到自己。
void check_snake_alive()
{
// 判断蛇头是否接触边界
if (snake.XPos[snake.length - 1] < 0 ||
snake.XPos[snake.length - 1] >= snake_game.pos_x_max ||
snake.YPos[snake.length - 1] < 0 ||
snake.YPos[snake.length - 1] >= snake_game.pos_y_max)
{
snake.alive = 0;
}
// 判断蛇头是否接触自己
for (int i = 0; i < snake.length - 1; i++)
{
if (snake.XPos[snake.length - 1] == snake.XPos[i] && snake.YPos[snake.length - 1] == snake.YPos[i])
{
snake.alive = 0;
break;
}
}
}吃食判定
在贪吃蛇中，食物除了被吃的份，还有就是随机生成。生成食物在上一节已经实现，因此这一节我们就来实现检测食物是否被吃。
void check_food_eaten()
{
// 如果蛇头与食物重合
if (snake.XPos[snake.length - 1] == food.x && snake.YPos[snake.length - 1] == food.y)
{
// 说明吃到了食物
food.eaten = 1;
// 增加蛇的长度
snake.length++;
// 长度增加表现为头的方向延伸
snake.XPos[snake.length - 1] = food.x;
snake.YPos[snake.length - 1] = food.y;
// 游戏得分增加
snake_game.score++;
// 重新生成食物
gen_food();
}
}绑定用户操作
在贪吃蛇中，唯一的用户操作就是用户按键触发蛇的运动。好在我们已经对这个功能实现了良好的封装，即void Snake_Run(uint8_t dir) 我们只需要在按键回调函数中，接收来自底层上报的key_code即可。
#define SNAKE_UP EDK_KEY_2
#define SNAKE_LEFT EDK_KEY_1
#define SNAKE_RIGHT EDK_KEY_3
#define SNAKE_DOWN EDK_KEY_4
void greedySnake_key_handel(key_code_t key_code)
{
Snake_Run(key_code);
}游戏全局控制
在这个主循环里，我们需要对游戏整体进行刷新、绘图，对玩家的输赢、得分进行判定，并提示玩家游戏结果。
void greedySnake_task(void)
{
while (1)
{
if (snake.alive)
{
// 清除屏幕memory
OLED_Clear();
// 绘制地图边界
OLED_DrawRect(11, 1, 118, 62, 1);
// 绘制“SCORE”
OLED_Icon_Draw(3, 41, &icon_scores_5_21, 0);
// 绘制玩家当前分数
draw_score(snake_game.score);
// 让蛇按当前方向运行
Snake_Run(snake.cur_dir);
// 将屏幕memory输出
OLED_Refresh_GRAM();
// 间隔200ms
aos_msleep(200);
}
else
{
// 清除屏幕memory
OLED_Clear();
// 提示 GAME OVER
OLED_Show_String(30, 24, "GAME OVER", 16, 1);
// 将屏幕memory输出
OLED_Refresh_GRAM();
// 间隔500ms
aos_msleep(500);
}
}
}实现效果
接下来请欣赏笔者的操作。
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