基于C++的简易的国际象棋双人对战程序设计

爱被打了一巴掌 2024-04-05 06:35 33阅读 0赞

## 一、程序介绍 ##

### 1.1 现实背景 ###

国际象棋是世界上一个古老的棋种。据现有史料记载，国际象棋的发展历史已将近2000年。关于它的起源，有多种不同的说法，诸如起源于古印度、中国、阿拉伯国家等。

国际象棋分为黑白两方共32枚，每方各16枚；棋盘为正方形，由64个黑白（深色与浅色）相间的格子组成。每方有王、后、象、车、马、兵六种棋子，不同棋子走子和吃子的方法不同，不再赘述。

### 1.2 设计目的 ###

使用Qt自带的Socket编程，实现客户端和服务端一对一的网络对战，正确复现国际象棋的规则。在基本的走子和吃子回合制下，要求有：

对局中，出现下列情况之一，本方算输，对方赢：

己方王被将死（不允许送吃）； 2）己方发出认输请求； 3）己方走棋超出步时限制；实现兵生变，用户可选择生变为的棋子。

加入逼和和车马易位功能。车马易位不考虑车和马是否移动过，只要在固定位置，满足车马易位的其他条件即可进行易位。

一局结束时（胜负，逼和）在两端弹出对话框告知结果。

加入残局载入和保存功能。

### 1.3 程序使用方法 ###

程序初始界面如下

![在这里插入图片描述][1dcfd7d0aad0499cbfea7aba61ebf1ae.png]

本程序采用客户端和服务端集成的设计，点击初始化—连接，用户自主选择创建客户端抑或服务端，以及ip地址和端口号。

![在这里插入图片描述][2b0b1ff6347b425095ce2096fd8e8f2c.png]

选择创建服务端，点击OK，处于等待连接状态；可随时取消等待。

![在这里插入图片描述][ad6b1a9c0bb7450db8af1dc51b7d8ebf.png]

再开一个程序，选择创建客户端，设置对应端口号，点击OK连接服务端。这时客户端和服务端的创建连接窗口销毁，代表二者成功建立连接。这时两端的界面分别变为  
![在这里插入图片描述][ff10e5d6bf4c452dac2f0cda82d7f301.png]

![在这里插入图片描述][56b06ad7ffc64829b6b56ee6891d6565.png]

服务端

客户端

本程序的特色之一是客户端和服务端的不对称权限。一个不成文的规定是，数据的运算和主动权握在服务端手里，于是只有服务端能点击开始游戏，能够载入残局等。在服务端点击开始游戏，双方同时开始

![在这里插入图片描述][5323ce762c734a509b4d3ff021a5036f.png]  
![在这里插入图片描述][617e5cb1ace94fc49da3a3cd2f06e201.png]

双方均可正常走子。此时黑方不走，倒计时结束后，双方均弹出消息框

![在这里插入图片描述][50ed7f50dd344e71b139cf7b7b78a3b6.png]

认输和将死效果相同，不再演示。载入兵升变残局，将兵走到底线，出现如下界面

![在这里插入图片描述][8dbd7a90edf7483c83fca86c37ec8f71.png]

若选择后，则将死对方

![在这里插入图片描述][5d289d882d494744ad70009192bfd37d.png]

若选择象，则逼和  
![在这里插入图片描述][b4d75715a46a41a09d4c551b3a7c8d9d.png]

最后演示车马易位。载入残局

![在这里插入图片描述][1d8597df8714402b94390fd496608dcd.png]

此时由于王受黑车威胁，无法进行车马易位

![在这里插入图片描述][199175efc98846beb09a33b7e5ee3c25.png]

将局势走成上图所示，此时王以及王经过的路径均不受威胁，可进行长短易位。长易位后效果如下

![在这里插入图片描述][4fa1e88f2d1a43ed8f7dae61d0ff35c7.png]

## 二、程序设计 ##

技术基础本程序在Qt Creator中编写测试，共约1400行代码，使用自带编译器(mingW)编译。

使用了Qt自带的QString文本库，QFile文件库，QMap、QSet、QVector、QList等容器库存储数据，QTimer进行计时，QPaintEvent、QMouseEvent处理鼠标和绘图事件，QMessageBox、

QFileDialog标准消息框和文件对话框，QPainter绘图方法；没有使用QThread进行多线程并发操作；网络通信部分使用的是Qt Socket部分的QTcpServer和QTcpSocket类，以及数据打包和处理时的QDataStream，QByteArray等。

类的职责和关系

utils.h中首先定义了方便数据传输和运算的结构体包装，并重载了 QDataStream 的流运算符用于结构 体的序列化、二进制化，编码和解码的过程

struct Pos{//坐标二元组
        int x,y;
        bool operator == (const Pos & value) const{//用于比较以及取得作QSet键值的资格
            return (value.x==x&&value.y==y);
        }
        bool operator < (const Pos & value) const{//用于比较以及取得作QMap键的资格
            if(x<value.x)return true;
            if(x>value.x)return false;
            if(y<value.y)return true;
            if(y>value.y)return false;
            return false;
        }
        friend QDataStream& operator>>(QDataStream& in, Pos& s);
        friend QDataStream& operator<<(QDataStream& out,const Pos& s);
    };
    struct Piece{//棋子
        bool white;//棋子属于白方与否
        int type;//棋子类型，0~5 queen bishop rook knight pawn king
        friend QDataStream& operator>>(QDataStream& in, Piece& s);
        friend QDataStream& operator<<(QDataStream& out,const Piece& s);
    };
    struct Walk{//棋子的移动，将王车易位也看做一种移动，在下面的move()函数中一视同仁进行充分处理
        Pos pos;//目标位置
        int attack;//移动的附加属性 0:走 1:攻击 2:王车易位
    };
    struct Situation{//对局面的快照
        //单独标记王的位置
        Pos black_king;
        Pos white_king;
        QMap<Pos,Piece> pieces;//记录全局所有位置-棋子映射
        friend QDataStream& operator>>(QDataStream& in, Situation& s);
        friend QDataStream& operator<<(QDataStream& out,const Situation& s);
    };
    inline uint qHash(const Pos key){//用于结构体契合QSet的key，与大作业一的功能相同，不再赘述
        return key.x + key.y;
    }

需要将死、逼和、王车易位功能，在得到棋子可走范围时需要进行虚拟的模拟，于是有了两个步骤的处理。这样的处理也使得将死和逼和的判断轻而易举：当某方所有子的FinalRange的并集为空集时，若此时此方被将军，则是将死；否则为逼和。

updialog.h中的UpDialog继承自QDialog，是进行兵生变选择的对话框，调用其int getSetting()函数将执行exec()并阻塞，窗口销毁后返回选择的生变类型。 connectiondialog.h提供了一开始选择服务端/客户端并创建连接的窗口。

public:
    explicit ConnectionDialog(QWidget *parent); signals:
    void serverdone(QTcpSocket*);
    void clientdone(QTcpSocket*);

父窗口只需新建ConnectionDialog对象进行初始化并进行信号的连接即可。当用户选择建立服务器并成功创建连接时触发携带socket的void serverdone(QTcpSocket\*)信号，当用户选择建立客户端并成功创建连接时触发携带socket的void clientdone(QTcpSocket\*)信号。

chessboard.h是国际象棋棋盘的显示控件，内部将处理鼠标的点击事件、可移动区域的计算和显示等。对外层来说重要的只有

public:
    explicit ChessBoard(QWidget *parent);
    void setSituation(Situation s);//设置局面，立刻repaint()生效
    void setStatus(int id);//设置棋盘显示状态 //0:empty 1:loaded 2:selecting
    //下面两个函数控制着某棋子能否被点击等
    void setSide(bool iw);//设置本端是白方还是黑方     bool isnowwhite;//设置当前是哪一方走棋 signals:
    void move(Pos pos,Pos pos2);//当用户点击鼠标进行棋子的移动时触发信号，携带棋子位置和目标位置

mainwindow.h包含了主窗口MainWindow。在本次设计中主窗口负责的功能较少，它主要是起到调整界面的作用。它在一开始创建了ChessBoard\*，但当客户端或服务端创建完成时，便对应创建了 chessclient.h中的ChessClient或chessserver.h中的ChessServer，并将chessboard\*交予管理。可以认为ChessClient和ChessServer起到的是proxy的作用，它们负责客户端和服务端间的网络通信，在一端构成了ChessBoardProxyMainWindow的沟通模式。客户端、服务端工作流程下面列出了客户端/服务端单方面ChessBoardProxyMainWindow可能出现的沟通类型。

在程序中，这些可能的情况均使用信号槽或者公共方法来进行，不再详细叙述。mainwindow主要负责

主界面的调整（按钮的disable等），proxy负责网络通信和模块间通信，board则进行棋盘的更新显示。

connect(socket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(received()));

即托管了socket\*的数据接收，处理后再以void newPacket(QByteArray data)的signal发送出去。

Packet的出现是为了规避TCP/IP协议可能出现的粘包/拆包问题（这在此程序中是必要的，由于此程序设计的思想所致，客户端和服务端的通信来回次数较多，程序中具有连续发送两个包的情况，因此必须

可以看到处理方式是在数据的头部加入数据的长度信息，再发送出去。而对接收到信息的处理为

当接收数据的长度不足以读取头部的长度信息，或接收的数据量小于应接收的数据长度时，程序将等待下一次接收，这样就解决了拆包。而数据量足够时，程序读取头部的数据长度信息并读取对应长度的数据，这样便完成了一个独立的数据包的提取；而每成功提取一个包，就发送携带它的信号，这样就解决了粘包。经过这一个中间层的包装，数据的收发轻易很多，如在chessclient中，开始时进行信号连接

### 2.1 通信协议 ###

之前提到过，本程序采用不对称通信设计。这个构想的初衷是实现一定程度的反作弊功能，这个框架下若期望拓展到游戏平台的构建（而非双人对战），修改会减少很多。对于游戏平台来说，要不惮以最坏的恶意来揣测玩家。因此应该将一切的计算、控制权限交予服务端，否则，举例说客户端采用强行修改内存等方法像服务端发出了非法、不合理的动作（如开局直接用兵将对方王吃掉），服务端若想避免惨剧只能加入繁琐的检测机制（实际上很多即时性的网游就是这样干的，不过这只是因为射击游戏等对实时性的刚需，因为网络延迟的原因全部交予服务器处理数据不成立）。而国际象棋这样的对战不需要很高的即时性，所以完全可以采取客户端只向服务端发送可行的动作，服务端处理局面后将结果返回客户端（同时也更新服务端的界面和变量等），客户端进行显示的方法。

下面是客户端和服务端的通信协议。

//server to client //0:发送局面 //1:发送双方计时 //2:发送胜/负/和 0胜1负2和 //3:换为X边 0白1黑 //4:

请求兵升变 0~3 queen bishop rook knight //5.开始 白方先走 只需调整变量 紧接着还要发换边信息

//client to server //0:走棋 //1:升变 //3:认输

从上一个部分的代码中可以看到，每个数据包的头部都是一个整数，代表的就是信息类型；之后是具体数据。对于客户端的动作，客户端向服务端发送请求，服务端处理后更新自身界面、变量并发送使客户端更新界面、变量的数据包，客户端接收后进行更新。计时的变动、胜负和的消息、换边的消息、改变局面棋子排布、弹出生变对话框、开始一局的动作都是服务端发起，客户端只能接收并显示。

:升变 //3:认输

[1dcfd7d0aad0499cbfea7aba61ebf1ae.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/bdc1ca8176f04faa879819bf5318e50d.png
[2b0b1ff6347b425095ce2096fd8e8f2c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/283a4fc8a8d14795a9f7e115cccd8458.png
[ad6b1a9c0bb7450db8af1dc51b7d8ebf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/a82c6ceffc44449d9e00dcf5d4810113.png
[ff10e5d6bf4c452dac2f0cda82d7f301.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/0ff558077ffa4abb8723bd71ca8d18cd.png
[56b06ad7ffc64829b6b56ee6891d6565.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/b94513cb1e764525988bcd4ce2d9cca3.png
[5323ce762c734a509b4d3ff021a5036f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/d1d7942f2e4d4a6db0a2db1f2f92e3e9.png
[617e5cb1ace94fc49da3a3cd2f06e201.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/75da490ba97d445eb4cc208a4add5155.png
[50ed7f50dd344e71b139cf7b7b78a3b6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/36b3b5e520444e2aa9d93269fc2b3802.png
[8dbd7a90edf7483c83fca86c37ec8f71.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/8c111500cb7f4d249a1b5d80c740e656.png
[5d289d882d494744ad70009192bfd37d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/90782341f95640968de619e57af8d951.png
[b4d75715a46a41a09d4c551b3a7c8d9d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/b8eb0ac8de524169bc894af58c441fff.png
[1d8597df8714402b94390fd496608dcd.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/7cab7695c4304321a3d0122836dba399.png
[199175efc98846beb09a33b7e5ee3c25.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/a46567aefaae4abf80322effa9545775.png
[4fa1e88f2d1a43ed8f7dae61d0ff35c7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/04/e470a3bf23964870bfdc86e02fb1d101.png