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.NET手撸2048小游戏

2019-11-03 07:44 1706 查看

.NET手撸2048小游戏

2048
是一款益智小游戏,得益于其规则简单,又和
2
的倍数有关,因此广为人知,特别是广受程序员的喜爱。

本文将再次使用我自制的“准游戏引擎”

FlysEngine
,从空白窗口开始,演示如何“手撸”
2048
小游戏,并在编码过程中感受
C#
的魅力和
.NET
编程的快乐。

说明:

FlysEngine
是封装于
Direct2D
,重复本文示例,只需在
.NET Core 3.0
下安装
NuGet
FlysEngine.Desktop
即可。

并不一定非要做一层封装才能用,只是

FlysEngine
简化了创建设备、处理设备丢失、设备资源管理等“新手劝退”级操作,

首先来看一下最终效果:

小游戏的三原则

在开始做游戏前,我先聊聊

CRUD
程序员做小游戏时,我认为最重要的三大基本原则。很多时候我们有做个游戏的心,但发现做出来总不是那么回事。这时可以对照一下,看是不是违反了这三大原则中的某一个:

  • MVC
  • 应用程序驱动(而非事件驱动)
  • 动画

MVC

或者

MVP
……关键是将逻辑与视图分离。它有两大特点:

  • 视图层完全没有状态;
  • 数据的变动不会直接影响呈现的画面。

也就是所有的数据更新,都只应体现在内存中。游戏中的数据变化可能非常多,应该积攒起来,一次性更新到界面上。

这是因为游戏实时渲染特有的性能所要求的,游戏常常有成百上千个动态元素在界面上飞舞,这些动作必须在一次垂直同步(如

16ms
或更低)的时间内完成,否则用户就会察觉到卡顿。

常见的反例有

knockout.js
,它基于
MVVM
,也就是数据改变会即时通知到视图(
DOM
),导致视图更新不受控制。

另外,

MVC
还有一个好处,就是假如代码需要移植平台时(如
C#
移植到
html5
),只需更新呈现层即可,模型层所有逻辑都能保留。

应用程序驱动(而非事件驱动)

应用程序驱动的特点是界面上的动态元素,之所以“动”,是由应用程序触发——而非事件触发的。

这一点其实与

MVC
也是相辅相成。应用程序驱动确保了
MVC
的性能,不会因为依赖变量重新求值次数过多而影响性能。

另外,如果界面上有状态,就会导致逻辑变得非常复杂,比如变量之间的依赖求值、界面上某些参数的更新时机等。不如简单点搞!直接全部重新计算,全部重新渲染,绝对不会错!

细心的读者可能发现最终效果

demo
中的总分显示就有
bug
,开始游戏时总分应该是
4
,而非
72
。这就是由于该部分没有使用应用程序驱动求值,导致逻辑复杂,导致粗心……最终导致出现了
bug

html5
canvas
中,实时渲染的“心脏”是
requestAnimationFrame()
函数,在
FlysEngine
中,“心脏”是
RenderLoop.Run()
函数:

using var form = new RenderWindow { ClientSize = new System.Drawing.Size(400, 400) };
form.Draw += (RenderWindow sender, DeviceContext ctx) =>
{
ctx.Clear(Color.CornflowerBlue);
};
RenderLoop.Run(form, () => form.Render(1, PresentFlags.None)); // 心脏

动画

动画是小游戏的灵魂,一个游戏做得够不够精致,有没有“质感”,除了

UI
把关外,就靠我们程序员把动画做好了。

动画的本质是变量从一个值按一定的速度变化到另一个值:

using var form = new RenderWindow { StartPosition = System.Windows.Forms.FormStartPosition.CenterScreen };
float x = 0;
form.Draw += (w, ctx) =>
{
ctx.Clear(Color.CornflowerBlue);
var brush = w.XResource.GetColor(Color.Red);
ctx.FillRectangle(new RectangleF(x, 50, 50, 50), brush);
ctx.DrawText($"x = {x}", w.XResource.TextFormats[20], new RectangleF(0, 0, 100, 100), brush);
x += 1.0f;
};
RenderLoop.Run(form, () => form.Render(1, PresentFlags.None));

运行效果如下:

然而,如果用应用程序驱动——而非事件驱动做动画,代码容易变得混乱不堪。尤其是多个动画、动画与动画之间做串联等等。

这时代码需要精心设计,将代码写成像事件驱动那么容易,下文将演示如何在

2048
小游戏中做出流畅的动画。

2048小游戏

回到2048小游戏,我们将在制作这个游戏,慢慢体会我所说的“小游戏三原则”。

起始代码

这次我们创建一个新的类

GameWindow
,继承于
RenderWindow
(不像之前直接使用
RenderWindow
类),这样有利于分离视图层:

const int MatrixSize = 4;

void Main()
{
using var g = new GameWindow() { ClientSize = new System.Drawing.Size(400, 400) };
RenderLoop.Run(g, () => g.Render(1, PresentFlags.None));
}

public class GameWindow : RenderWindow
{
protected override void OnDraw(DeviceContext ctx)
{
ctx.Clear(new Color(0xffa0adbb));
}
}

OnDraw
重载即为渲染的方法,提供了一个
ctx
参数,对应
Direct2D
中的
ID2D1DeviceContext
类型,可以用来绘图。

其中

0xffa0adbb
是棋盘背景颜色,它是用
ABGR
的顺序表示的,运行效果如下:

棋盘

首先我们需要“画”一个棋盘,它分为背景和棋格子组成。这部分内容是完全静态的,因此可以在呈现层直接完成。

棋盘应该随着窗口大小变化而变化,因此各个变量都应该动态计算得出。

如图,

2048
游戏区域应该为正方形,因此总边长
fullEdge
应该为窗口的高宽属性的较小者(以刚好放下一个正方形),代码表示如下:

float fullEdge = Math.Min(ctx.Size.Width, ctx.Size.Height);

方块与方块之间的距离定义为总边长的

1/8
再除以
MatrixSize
(也就是4),此时单个方块的边长就可以计算出来了,为总边长
fullEdge
减去5个
gap
再除以
MatrixSize
,代码如下:

float gap = fullEdge / (MatrixSize * 8);
float edge = (fullEdge - gap * (MatrixSize + 1)) / MatrixSize;

然后即可按循环绘制

4
4
列方块位置,使用矩阵变换可以让代码更简单:

foreach (var v in MatrixPositions)
{
float centerX = gap + v.x * (edge + gap) + edge / 2.0f;
float centerY = gap + v.y * (edge + gap) + edge / 2.0f;

ctx.Transform =
Matrix3x2.Translation(-edge / 2, -edge / 2) *
Matrix3x2.Translation(centerX, centerY);

ctx.FillRoundedRectangle(new RoundedRectangle
{
RadiusX = edge / 21,
RadiusY = edge / 21,
Rect = new RectangleF(0, 0, edge, edge),
}, XResource.GetColor(new Color(0x59dae4ee)));
}

注意

foreach (var v in MatrixPositions)
是以下代码的简写:

for (var x = 0; x < MatrixSize; ++x)
{
for (var y = 0; y < MatrixSize; ++y)
{
// ...
}
}

由于

2048
将多次遍历
x
y
,因此定义了一个变量
MatrixPositions
来简化这一过程:

static IEnumerable<int> inorder = Enumerable.Range(0, MatrixSize);
static IEnumerable<(int x, int y)> MatrixPositions =>
inorder.SelectMany(y => inorder.Select(x => (x, y)));

运行效果如下:

加入数字方块

数据方块由于是活动的,为了代码清晰,需要加入额外两个类,

Cell
Matrix

Cell类

Cell
是单个方块,需要保存当前的数字
N
,其次还要获取当前的颜色信息:

cla
3ff8
ss Cell
{
public int N;

public Cell(int n)
{
N = n;
}

public DisplayInfo DisplayInfo => N switch
{
2 => DisplayInfo.Create(),
4 => DisplayInfo.Create(0xede0c8ff),
8 => DisplayInfo.Create(0xf2b179ff, 0xf9f6f2ff),
16 => DisplayInfo.Create(0xf59563ff, 0xf9f6f2ff),
32 => DisplayInfo.Create(0xf67c5fff, 0xf9f6f2ff),
64 => DisplayInfo.Create(0xf65e3bff, 0xf9f6f2ff),
128 => DisplayInfo.Create(0xedcf72ff, 0xf9f6f2ff, 45),
256 => DisplayInfo.Create(0xedcc61ff, 0xf9f6f2ff, 45),
512 => DisplayInfo.Create(0xedc850ff, 0xf9f6f2ff, 45),
1024 => DisplayInfo.Create(0xedc53fff, 0xf9f6f2ff, 35),
2048 => DisplayInfo.Create(0x3c3a32ff, 0xf9f6f2ff, 35),
_ => DisplayInfo.Create(0x3c3a32ff, 0xf9f6f2ff, 30),
};
}

其中,

DisplayInfo
类用来表达方块的文字颜色、背景颜色和字体大小:

struct DisplayInfo
{
public Color Background;
public Color Foreground;
public float FontSize;

public static DisplayInfo Create(uint background = 0xeee4daff, uint color = 0x776e6fff, float fontSize = 55) =>
new DisplayInfo { Background = new Color(background), Foreground = new Color(color), FontSize = fontSize };
}

文章中的“魔法”数字

0xeee4daff
等,和上文一样,是颜色的
ABGR
顺序表示的。通过一个简单的
Create
方法,即可实现默认颜色、默认字体的代码简化,无需写过多的
if/else

注意:

  • 我特意使用了
    struct
    而非
    class
    关键字,这样创建的是值类型而非引用类型,可以无需分配和回收堆内存。在应用或游戏中,内存分配和回收常常是最影响性能和吞吐性的指标之一。
  • N switch { ... }
    这样的代码,是
    C# 8.0
    switch expression
    特性(下文将继续大量使用),可以通过表达式——而非语句的方式表达一个逻辑,可以让代码大大简化。该特性现在在
    .NET Core 3.0
    项目中默认已经打开,某些支持的早期版本,需要将项目中的
    <LangVersion>
    属性设置为
    8.0
    才可以使用。

根据

2048
的设计文档和参考其它项目,一个方块创建时有
90%
机率是
2
10%
机率是
4
,这可以通过
.NET
中的
Random
类实现:

static Random r = new Random();
public static Cell CreateRandom() => new Cell(r.NextDouble() < 0.9 ? 2 : 4);

使用时,只需调用

CreateRandom()
即可。

Matrix类

Matrix
用于管理和控制多个
Cell
类。它包含了一个二维数组
Cell[,]
,用于保存
4x4
Cell

class Matrix
{
public Cell[,] CellTable;

public IEnumerable<Cell> GetCells()
{
foreach (var c in CellTable)
if (c != null) yield return c;
}

public int GetScore() => GetCells().Sum(v => v.N);

public void ReInitialize()
{
CellTable = new Cell[MatrixSize, MatrixSize];

(int x, int y)[] allPos = MatrixPositions.ShuffleCopy();
for (var i = 0; i < 2; ++i) // 2: initial cell count
{
CellTable[allPos[i].y, allPos[i].x] = Cell.CreateRandom();
}
}
}

其中

ReInitialize
方法对
Cell[,]
二维数组进行了初始化,然后在随机位置创建了两个
Cell
。值得一提的是
ShuffleCopy()
函数,该函数可以对
IEnumerable<T>
进行乱序,然后复制为数组:

static class RandomUtil
{
static Random r = new Random();
public static T[] ShuffleCopy<T>(this IEnumerable<T> data)
{
var arr = data.ToArray();

for (var i = arr.Length - 1; i > 0; --i)
{
int randomIndex = r.Next(i + 1);

T temp = arr[i];
arr[i] = arr[randomIndex];
arr[randomIndex] = temp;
}

return arr;
}
}

该函数看似简单,能写准确可不容易。尤其注意

for
循环的终止条件不是
i >= 0
,而是
i > 0
,这两者有区别,以后我有机会会深入聊聊这个函数。今天最简单的办法就是——直接使用它即可。

最后回到

GameWindow
类的
OnDraw
方法,如法炮制,将
Matrix
“画”出来即可:

// .. 继之前的OnDraw方法内容
foreach (var p in MatrixPositions)
{
var c = Matrix.CellTable[p.y, p.x];
if (c == null) continue;

float centerX = gap + p.x * (edge + gap) + edge / 2.0f;
float centerY = gap + p.y * (edge + gap) + edge / 2.0f;

ctx.Transform =
Matrix3x2.Translation(-edge / 2, -edge / 2) *
Matrix3x2.Translation(centerX, centerY);
ctx.FillRectangle(new RectangleF(0, 0, edge, edge), XResource.GetColor(c.DisplayInfo.Background));

var textLayout = XResource.TextLayouts[c.N.ToString(), c.DisplayInfo.FontSize];
ctx.Transform =
Matrix3x2.Translation(-textLayout.Metrics.Width / 2, -textLayout.Metrics.Height / 2) *
Matrix3x2.Translation(centerX, centerY);
ctx.DrawTextLayout(Vector2.Zero, textLayout, XResource.GetColor(c.DisplayInfo.Foreground));
}

此时运行效果如下:

如果想测试所有方块颜色,可将

ReInitialize()
方法改为如下即可:

public void ReInitialize()
{
CellTable = new Cell[MatrixSize, MatrixSize];

CellTable[0, 0] = new Cell(2);
CellTable[0, 1] = new Cell(4);
CellTable[0, 2] = new Cell(8);
CellTable[0, 3] = new Cell(16);
CellTable[1, 0] = new Cell(32);
CellTable[1, 1] = new Cell(64);
CellTable[1, 2] = new Cell(128);
CellTable[1, 3] = new Cell(256);
CellTable[2, 0] = new Cell(512);
CellTable[2, 1] = new Cell(1024);
CellTable[2, 2] = new Cell(2048);
CellTable[2, 3] = new Cell(4096);
CellTable[3, 0] = new Cell(8192);
CellTable[3, 1] = new Cell(16384);
CellTable[3, 2] = new Cell(32768);
CellTable[3, 3] = new Cell(65536);
}

运行效果如下:

嗯,看起来……有那么点意思了。

引入事件,把方块移动起来

本篇也分两部分,事件,和方块移动逻辑。

事件

首先是事件,要将方块移动起来,我们再次引入大名鼎鼎的

Rx
(全称:
Reactive.NET
NuGet
包:
System.Reactive
)。然后先引入一个基础枚举,用于表示上下左右:

enum Direction
{
Up, Down, Left, Right,
}

然后将键盘的上下左右事件,转换为该枚举的

IObservable<Direction>
流(可以写在
GameWindow
构造函数中),然后调用该“流”的
.Subscribe
方法直接订阅该“流”:

var keyUp = Observable.FromEventPattern<KeyEventArgs>(this, nameof(this.KeyUp))
.Select(x => x.EventArgs.KeyCode);

keyUp.Select(x => x switch
{
Keys.Left => (Direction?)Direction.Left,
Keys.Right => Direction.Right,
Keys.Down => Direction.Down,
Keys.Up => Direction.Up,
_ => null
})
.Where(x => x != null)
.Select(x => x.Value)
.Subscribe(direction =>
{
Matrix.RequestDirection(direction);
Text = $"总分:{Matrix.GetScore()}";
});

keyUp.Where(k => k == Keys.Escape).Subscribe(k =>
{
if (MessageBox.Show("要重新开始游戏吗?", "确认", MessageBoxButtons.OKCancel) == System.Windows.Forms.DialogResult.OK)
{
Matrix.ReInitialize();
// 这行代码没写就是文章最初说的bug,其根本原因(也许忘记了)就是因为这里不是用的MVC/应用程序驱动
// Text = $"总分:{Matrix.GetScore()}";
}
});

每次用户松开上下左右四个键之一,就会调用

Matrix
RequestDirection
方法(马上说),松下
Escape
键,则会提示用户是否重新开始玩,然后重新显示新的总分。

注意:

  1. 我再次使用了
    C# 8.0
    switch expression
    语法,它让我省去了
    if/else
    switch case
    ,代码精练了不少;
  2. 不是非得要用
    Rx
    ,但
    Rx
    相当于将事件转换为了数据,可以让代码精练许多,且极大地提高了可扩展性。

移动逻辑

我们先在脑子里面想想,感受一下这款游戏的移动逻辑应该是怎样的。(你可以在草稿本上先画画图……)

我将

2048
游戏的逻辑概括如下:

  • 将所有方块,向用户指定的方向遍历,找到最近的方块位置
  • 如果找到,且数字一样,则合并(删除对面,自己加倍)
  • 如果找到,但数字不一样,则移动到对面的前一格
  • 如果发生过移动,则生成一个新方块

如果想清楚了这个逻辑,就能写出代码如下:

public void RequestDirection(Direction direction)
{
if (GameOver) return;

var dv = Directions[(int)direction];
var tx = dv.x == 1 ? inorder.Reverse() : inorder;
var ty = dv.y == 1 ? inorder.Reverse() : inorder;

bool moved = false;
foreach (var i in tx.SelectMany(x => ty.Select(y => (x, y))))
{
Cell cell = CellTable[i.y, i.x];
if (cell == null) continue;

var next = NextCellInDirection(i, dv);

if (WithinBounds(next.target) && CellTable[next.target.y, next.target.x].N == cell.N)
{   // 对面有方块,且可合并
CellTable[i.y, i.x] = null;
CellTable[next.target.y, next.target.x] = cell;
cell.N *= 2;
moved = true;
}
else if (next.prev != i) // 对面无方块,移动到prev
{
CellTable[i.y, i.x] = null;
CellTable[next.prev.y, next.prev.x] = cell;
moved = true;
}
}

if (moved)
{
var nextPos = MatrixPositions
.Where(v => CellTable[v.y, v.x] == null)
.ShuffleCopy()
.First();
CellTable[nextPos.y, nextPos.x] = Cell.CreateRandom();

if (!IsMoveAvailable()) GameOver = true;
}
}

其中,

dv
tx
ty
三个变量,巧妙地将
Direction
枚举转换成了数据,避免了过多的
if/else
,导致代码膨胀。然后通过一行简单的
LINQ
,再次将两个
for
循环联合在一起。

注意示例还使用了

(x, y)
这样的语法(下文将继续大量使用),这叫
Value Tuple
,或者
值元组
Value Tuple
C# 7.0
的新功能,它和
C# 6.0
新增的
Tuple
的区别有两点:

  • Value Tuple
    可以通过
    (x, y)
    这样的语法内联,而
    Tuple
    要使用
    Tuple.Create(x, y)
    来创建
  • Value Tuple
    故名思义,它是
    值类型
    ,可以无需内存分配和
    GC
    开销(但稍稍增长了少许内存复制开销)

我还定义了另外两个字段:

GameOver
KeepGoing
,用来表示是否游戏结束和游戏胜利时是否继续:

public bool GameOver,KeepGoing;

其中,

NextCellInDirection
用来计算方块对面的情况,代码如下:

public ((int x, int y) target, (int x, int y) prev) NextCellInDirection((int x, int y) cell, (int x, int y) dv)
{
(int x, int y) prevCell;
do
{
prevCell = cell;
cell = (cell.x + dv.x, cell.y + dv.y);
}
while (WithinBounds(cell) && CellTable[cell.y, cell.x] == null);

return (cell, prevCell);
}

IsMoveAvailable
函数用来判断游戏是否还能继续,如果不能继续将设置
GameOver = true

它的逻辑是如果方块数不满,则显示游戏可以继续,然后判断是否有任意相邻方块数字相同,有则表示游戏还能继续,具体代码如下:

public bool IsMoveAvailable() => GetCells().Count() switch
{
MatrixSize * MatrixSize => MatrixPositions
.SelectMany(v => Directions.Select(d => new
{
Position = v,
Next = (x: v.x + d.x, y: v.y + d.y)
}))
.Where(x => WithinBounds(x.Position) && WithinBounds(x.Next))
.Any(v => CellTable[v.Position.y, v.Position.x]?.N == CellTable[v.Next.y, v.Next.x]?.N),
_ => true,
};

注意我再次使用了

switch expression
Value Tuple
和令人拍案叫绝的
LINQ
,相当于只需一行代码,就将这些复杂的逻辑搞定了。

最后别忘了在

GameWindow
OnUpdateLogic
重载函数中加入一些弹窗提示,显示用于恭喜和失败的信息:

protected override void OnUpdateLogic(float dt)
{
base.OnUpdateLogic(dt);

if (Matrix.GameOver)
{
if (MessageBox.Show($"总分:{Matrix.GetScore()}\r\n重新开始吗?", "失败!", MessageBoxButtons.YesNo) == DialogResult.Yes)
{
Matrix.ReInitialize();
}
else
{
Matrix.GameOver = false;
}
}
else if (!Matrix.KeepGoing && Matrix.GetCells().Any(v => v.N == 2048))
{
if (MessageBox.Show("您获得了2048!\r\n还想继续升级吗?", "恭喜!", MessageBoxButtons.YesNo) == DialogResult.Yes)
{
Matrix.KeepGoing = true;
}
else
{
Matrix.ReInitialize();
}
}
}

这时,游戏运行效果显示如下:

优化

其中到了这一步,

2048
已经可堪一玩了,但总感觉不是那么个味。还有什么可以做的呢?

动画

上文说过,动画是灵魂级别的功能。和

CRUD
程序员的日常——“功能”实现了就万事大吉不同,游戏必须要有动画,没有动画简直就相当于游戏白做了。

在远古

jQuery
中,有一个
$(element).animate()
方法,实现动画挺方便,我们可以模仿该方法的调用方式,自己实现一个:

public static GameWindow Instance = null;

public static Task CreateAnimation(float initialVal, float finalVal, float durationMs, Action<float> setter)
{
var tcs = new TaskCompletionSource<float>();
Variable variable = Instance.XResource.CreateAnimation(initialVal, finalVal, durationMs / 1000);

IDisposable subscription = null;
subscription = Observable
.FromEventPattern<RenderWindow, float&
1760
gt;(Instance, nameof(Instance.UpdateLogic))
.Select(x => x.EventArgs)
.Subscribe(x =>
{
setter((float)variable.Value);
if (variable.FinalValue == variable.Value)
{
tcs.SetResult(finalVal);
variable.Dispose();
subscription.Dispose();
}
});

return tcs.Task;
}

public GameWindow()
{
Instance = this;
// ...
}

注意,我实际是将一个动画转换成为了一个

Task
,这样就可以实际复杂动画、依赖动画、连续动画的效果。

使用该函数,可以轻易做出这样的效果,动画部分代码只需这样写(见

animation-demo.linq
):

float x = 50, y = 150, w = 50, h = 50;
float red = 0;
protected override async void OnLoad(EventArgs e)
{
var stage1 = new[]
{
CreateAnimation(initialVal: x, finalVal: 340, durationMs: 1000, v => x = v),
CreateAnimation(initialVal: h, finalVal: 100, durationMs: 600, v => h = v),
};
await Task.WhenAll(stage1);

await CreateAnimation(initialVal: h, finalVal: 50, durationMs: 1000, v => h = v);
await CreateAnimation(initialVal: x, finalVal: 20, durationMs: 1000, v => x = v);
while (true)
{
await CreateAnimation(initialVal: red, finalVal: 1.0f, durationMs: 500, v => red = v);
await CreateAnimation(initialVal: red, finalVal: 0.0f, durationMs: 500, v => red = v);
}
}

运行效果如下,请注意最后的黑色-红色闪烁动画,其实是一个无限动画,各位可以想像下如果手撸状态机,这些代码会多么麻烦,而

C#
支持协程,这些代码只需一些
await
和一个
while (true)
语句即可完美完成:

有了这个基础,开工做动画了,首先给

Cell
类做一些修改:

class Cell
{
public int N;
public float DisplayX, DisplayY, DisplaySize = 0;
const float AnimationDurationMs = 120;

public bool InAnimation =>
(int)DisplayX != DisplayX ||
(int)DisplayY != DisplayY ||
(int)DisplaySize != DisplaySize;

public Cell(int x, int y, int n)
{
DisplayX = x; DisplayY = y; N = n;
_ = ShowSizeAnimation();
}

public async Task ShowSizeAnimation()
{
await GameWindow.CreateAnimation(DisplaySize, 1.2f, AnimationDurationMs, v => DisplaySize = v);
await GameWindow.CreateAnimation(DisplaySize, 1.0f, AnimationDurationMs, v => DisplaySize = v);
}

public void MoveTo(int x, int y, int n = default)
{
_ = GameWindow.CreateAnimation(DisplayX, x, AnimationDurationMs, v => DisplayX = v);
_ = GameWindow.CreateAnimation(DisplayY, y, AnimationDurationMs, v => DisplayY = v);

if (n != default)
{
N = n;
_ = ShowSizeAnimation();
}
}

public DisplayInfo DisplayInfo => N switch // ...

static Random r = new Random();
public static Cell CreateRandomAt(int x, int y) => new Cell(x, y, r.NextDouble() < 0.9 ? 2 : 4);
}

加入了

DisplayX
DisplayY
DisplaySize
三个属性,用于管理其用于在界面上显示的值。还加入了一个
InAnimation
变量,用于判断是否处理动画状态。

另外,构造函数现在也要求传入

x
y
的值,如果位置变化了,现在必须调用
MoveTo
方法,它与
Cell
建立关联了(之前并不会)。

ShowSizeAnimation
函数是演示该动画很好的示例,它先将方块放大至
1.2
倍,然后缩小成原状。

有了这个类之后,

Matrix
GameWindow
也要做一些相应的调整(详情见
2048.linq
),最终做出来的效果如下(注意合并时的动画):

撤销功能

有一天突然找到了一个带撤销功能的

2048
,那时我发现
2048
带不带撤销,其实是两个游戏。撤销就像神器,给爱挑(
mian
)战(
zi
)的玩(
ruo
)家(
ji
)带来了轻松与快乐,给予了第二次机会,让玩家转危为安。

所以不如先加入撤销功能。

用户每次撤销的,都是最新状态,是一个经典的后入先出的模式,也就是

,因此在
.NET
中我们可以使用
Stack<T>
,在
Matrix
中可以这样定义:

Stack<int[]> CellHistory = new Stack<int[]>();

如果要撤销,必将调用

Matrix
的某个函数,这个函数定义如下:

public void TryPopHistory()
{
if (CellHistory.TryPop(out int[] history))
{
foreach (var pos in MatrixPositions)
{
CellTable[pos.y, pos.x] = history[pos.y * MatrixSize + pos.x] switch
{
default(int) => null,
_ => new Cell(history[pos.y * MatrixSize + pos.x]),
};
}
}
}

注意这里存在一个

一维数组
二维数组
的转换,通过控制下标求值,即可轻松将
一维数组
转换为
二维数组

然后是创建撤销的时机,必须在准备移动前,记录当前历史:

int[] history = CellTable.
2e3c
Cast<Cell>().Select(v => v?.N ?? default).ToArray();

注意这其实也是

C#
中将
二维数组
转换为
一维数组
的过程,数组继承于
IEnumerable
,调用其
Cast<T>
方法即可转换为
IEnumerable<T>
,然后即可愉快地使用
LINQ
.ToArray()
了。

然后在确定移动之后,将历史

入栈

if (moved)
{
CellHistory.Push(history);
// ...
}

最后当然还需要加入事件支持,用户按下

Back
键即可撤销:

keyUp.Where(k => k == Keys.Back).Subscribe(k => Matrix.TryPopHistory());

运行效果如下:

注意,这里又有一个

bug
,撤销时总分又没变,聪明的读者可以试试如何解决。

如果使用

MVC
和应用程序驱动的实时渲染,则这种
bug
不可能发生。

手势操作

2048
可以在平板或手机上玩,因此手势操作必不可少,虽然电脑上有键盘,但多一个功能总比少一个功能好。

不知道

C#
窗口上有没有做
手势识别
这块的开源项目,但借助
RX
,这手撸一个也不难:

static IObservable<Direction> DetectMouseGesture(Form form)
{
var mouseDown = Observable.FromEventPattern<MouseEventArgs>(form, nameof(form.MouseDown));
var mouseUp = Observable.FromEventPattern<MouseEventArgs>(form, nameof(form.MouseUp));
var mouseMove = Observable.FromEventPattern<MouseEventArgs>(form, nameof(form.MouseMove));
const int throhold = 6;

return mouseDown
.SelectMany(x => mouseMove
.TakeUntil(mouseUp)
.Select(x => new { X = x.EventArgs.X, Y = x.EventArgs.Y })
.ToList())
.Select(d =>
{
int x = 0, y = 0;
for (var i = 0; i < d.Count - 1; ++i)
{
if (d[i].X < d[i + 1].X) ++x;
if (d[i].Y < d[i + 1].Y) ++y;
if (d[i].X > d[i + 1].X) --x;
if (d[i].Y > d[i + 1].Y) --y;
}
return (x, y);
})
.Select(v => new { Max = Math.Max(Math.Abs(v.x), Math.Abs(v.y)), Value = v})
.Where(x => x.Max > throhold)
.Select(v =>
{
if (v.Value.x == v.Max) return Direction.Right;
if (v.Value.x == -v.Max) return Direction.Left;
if (v.Value.y == v.Max) return Direction.Down;
if (v.Value.y == -v.Max) return Direction.Up;
throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(v));
});
}

这个代码非常精练,但其本质是

Rx
MouseDown
MouseUp
MouseMove
三个窗口事件“拍案叫绝”级别的应用,它做了如下操作:

  • MouseDown
    触发时开始记录,直到
    MouseUp
    触发为止
  • MouseMove
    的点集合起来生成一个
    List
  • 记录各个方向坐标递增的次数
  • 如果次数大于指定次数(
    6
    ),即认可为一次事件
  • 在各个方向中,取最大的值(以减少误差)

测试代码及效果如下:

void Main()
{
using var form = new Form();
DetectMouseGesture(form).Dump();

Application.Run(form);
}

到了集成到

2048
游戏时,
Rx
的优势又体现出来了,如果之前使用事件操作,就会出现两个入口。但使用
Rx
后触发入口仍然可以保持统一,在之前的基础上,只需添加一行代码即可解决:

keyUp.Select(x => x switch
{
Keys.Left => (Direction?)Direction.Left,
Keys.Right => Direction.Right,
Keys.Down => Direction.Down,
Keys.Up => Direction.Up,
_ => null
})
.Where(x => x != null && !Matrix.IsInAnimation())
.Select(x => x.Value)
.Merge(DetectMouseGesture(this)) // 只需加入这一行代码
.Subscribe(direction =>
{
Matrix.RequestDirection(direction);
Text = $"总分:{Matrix.GetScore()}";
});

简直难以置信,有传言说我某个同学,使用某知名游戏引擎,做小游戏集成手势控制,搞三天三夜都没做出来。

总结

重新来回顾一下最终效果:

所有这些代码,都可以在我的

Github
上下载,请下载
LINQPad 6
运行。用
Visual Studio 2019
/
VS Code
也能编译运行,只需手动将代码拷贝至项目中,并安装
FlysEngine.Desktop
System.Reactive
两个
NuGet
包即可。

下载地址如下:https://github.com/sdcb/blog-data/tree/master/2019/20191030-2048-by-dotnet

其中:

  • 2048.linq
    是最终版,可以完整地看到最终效果;
  • 最初版是
    2048-r4-no-cell.linq
    ,可以从该文件开始进行演练;
  • 演练的顺序是
    r4, r3, r2, r1
    ,最后最终版,因为写这篇文章是先把所有东西做出来,然后再慢慢删除做“阉割版”的示例;
  • animation-demo.linq
    _mouse-geature.linq
    是周边示例,用于演示动画和鼠标手势;
  • 我还做了一个
    2048-old.linq
    ,采用的是
    一维数组
    而非
    二维
    储存
    Cell[,]
    ,有兴趣的可以看看,有少许区别

其实除了

C#
版,我多年前还做了一个
html5/canvas
js
版本,
Github
地址如下:https://github.com/sdcb/2048 其逻辑层和渲染层都有异曲同工之妙,事实也是我从
js
版本移动到
C#
并没花多少心思。这恰恰说明的“小游戏第一原则”——
MVC
的重要性。

……但完成这篇文章我花了很多、很多心思😂。喜欢的朋友 请关注我的微信公众号:【DotNet骚操作】

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