​.NET手撸2048小游戏

前言

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 .NETCore3.0下安装 NuGetFlysEngine.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

html5canvas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 44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(varvinMatrixPositions)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 xy,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, CellMatrix

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:

class 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。
  • Nswitch{...}这样的代码,是 C# 8.0switchexpression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 .NETCore3.0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 210%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 4x4Cell

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.NETNuGet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 MatrixRequestDirection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# 8.0switchexpression语法,它让我省去了 if/elseswitchcase,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, dvtxty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 ValueTuple,或者 值元组ValueTupleC# 7.0的新功能,它和 C# 6.0新增的 Tuple的区别有两点:

  • ValueTuple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
  • ValueTuple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: GameOverKeepGoing,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 switchexpressionValueTuple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 GameWindowOnUpdateLogic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>(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 DisplayXDisplayYDisplaySize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 xy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, MatrixGameWindow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.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 RxMouseDownMouseUpMouseMove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 LINQPad6运行。用 VisualStudio2019/ VSCode也能编译运行,只需手动将代码拷贝至项目中,并安装 FlysEngine.DesktopSystem.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/canvasjs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

本文分享自微信公众号 - DotNet程序园(dotnetblog)

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-11-04

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券