C语言-手把手教你写贪吃蛇AI(上)

拼搏现实的明天。 2022-09-27 06:30 206阅读 0赞

**1. 目标**

编写一个贪吃蛇AI，也就是自动绕过障碍，去寻找最优路径吃食物。

**2. 问题分析**

为了达到这一目的，其实很容易，总共只需要两步，第一步抓一条蛇，第二步给蛇装一个脑子。具体来说就是，首先我们需要有一条普通的贪吃蛇，也就是我们常玩儿的，手动控制去吃食物的贪吃蛇；然后给这条蛇加入AI，也就是通过算法控制，告诉蛇怎么最方便的绕开障碍去吃食物。为了讲清楚这个问题，文章将分为三部分：上，写一个贪吃蛇程序；中，算法基础（需要运用到什么算法）；下，运用算法基础中的算法编写一个贪吃蛇AI。

在动手写贪吃蛇之前，我们需要想清楚以下几个问题，就非常容易了：

a. 蛇身。由于蛇在吃食物的过程中会不断的长大，所以很适合用单链表表示，并且吃食物的过程就是用头插法插入元素的过程

b. 食物。食物直接用随机生成函数，随机生成食物，但是需要检查，所生成的食物的位置不可以和蛇身重合

c. 显示。我们需要实时的显示出蛇身的移动，但事实上，我们不用每次都打印整个蛇身，因为蛇身每走一步，仅仅是蛇头和蛇尾的位置移动一格，其他的地方都没有变化，所以只需要打印一个新的蛇头，并把蛇尾的位置抹掉，那么视觉效果就是蛇身先前移动了一格，这个过程中，我们需要用到SetConsoleCursorPosition()，将光标移到到指定的位置（比如蛇尾），完成相应的操作（比如打印空格抹掉蛇尾）

d.控制。我们需要用键盘来控制蛇身的移动，这个程序中是利用上下左右方向键来实现的，这里需要用到GetAsyncKeyState()，来实时监测按键的状态

**3. 运行效果**

**![Center][]**

**![Center 1][]**

**4. 源代码**

总共由三个文件组成gluttonous.h，source.c & main.cpp。由于这个贪吃蛇是用于后面加AI，所以并没有加入一些错误检测，比如是否撞到边界，是否撞到蛇身等。

需要注意的是，这个程序中用到了比较特殊的字符('■')来表示游戏空间的边界，在VS2013中可以正常编译，但是在codeblock中会乱码。

另外还有一点容易混淆的是，我们通常都是用（x，y）坐标表示第x行，第y列，但是在SetConsoleCursorPosition(x,y)中，表示把光标移动到第y行，第x列

4.1 gluttonous.h

#ifndef SNAKE_H_
    #define SNAKE_H_
    #include<stdio.h>
    #include<Windows.h> //SetConsoleCursorPosition, sleep函数的头函数
    #include<time.h>	//time()的头函数
    #include<malloc.h>	//malloc()的头函数
    #define N 32 //地图大小
    #define snake_mark '#'//表示蛇身
    #define food_mark '$'
    #define sleeptime 500
    
    /*表示蛇身坐标的结构体*/
    typedef struct SNAKE{
    	int x; //行坐标
    	int y; //列坐标
    	struct SNAKE* next;
    }snake_body, *psnake;
    extern psnake food;
    
    typedef enum Direction{
    	U,D,L,R} direction;//蛇头的朝向
    extern direction snake_direction;
    
    void set_cursor_position(int x, int y);
    void initial_map();
    psnake initial_snake();
    void create_food(psnake snake,psnake food);
    void printe_map(psnake snake, psnake food);
    int is_food(psnake snake_head, psnake food);
    int is_boundary(psnake snake_head, psnake food);
    int is_snakebody(psnake snake_head, psnake food);
    psnake snake_move(psnake sanke, psnake food);
    void control_snake();
    #endif

4.2 source.cpp

#include"gluttonous.h"
    
    void set_cursor_position(int x, int y)
    {
    	COORD coord = { x, y };//x表示列，y表示行。
    	SetConsoleCursorPosition(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), coord);
    }
    
    /*初始化后的地图为 N列 N/2行*/
    /*游戏的空间为2至N+1列，1至N/2行*/
    void initial_map()
    {
    	int i = 0;
    	
    	//打印上下边框（每个■占用一行两列）
    	for (i = 0; i<N/2+2; i++)    
    	{
    		set_cursor_position(2*i, 0);
    		printf("■");
    		set_cursor_position(2*i, N/2+1);
    		printf("■");
    	}
    	for (i = 0; i<N/2+2; i++)   //打印左右边框  
    	{
    		set_cursor_position(0, i);
    		printf("■");
    		set_cursor_position(N+2, i);
    		printf("■");
    	}
    }
    
    /*初始化蛇身*/
    /*蛇身初始化坐标为（5,8）,(4,8), (3,8) */
    psnake initial_snake()
    {
    	int	i=5;//列
    	int j = N / 4;//行
    	psnake snake = NULL, tsnake = NULL, temp = NULL;
    
    	snake = (psnake)malloc(sizeof(snake_body));
    	(snake)->x = i;
    	(snake)->y = j;
    	(snake)->next = NULL;
    	tsnake = snake;
    
    	for (i = 4; i >2; i--)
    	{
    		temp = (psnake)malloc(sizeof(snake_body));
    		(temp)->x = i;
    		(temp)->y = j;
    		(temp)->next = NULL;
    		(tsnake)->next = (temp);
    		(tsnake) = (tsnake)->next;
    	}
    	return snake;
    }
    
    void create_food(psnake snake, psnake food)
    {
    	static int i=1;
    	psnake head = snake;
    	srand((unsigned)time(NULL));
    	food->x = rand() % N + 2;
    	food->y = rand() % (N/2) + 1;
    
    	//检查食物是否和蛇身重回
    	while (head)
    	{
    		if (head->x == food->x && head->y == food->y)
    		{
    			free(food);
    			food = NULL;
    			create_food(snake,food);
    		}
    		else
    		{
    			head = head->next;
    		}
    	}
    }
    
    void printe_map(psnake snake, psnake food)
    {
    	psnake temp=snake;
    	while (temp)
    	{
    		set_cursor_position(temp->x, temp->y);
    		printf("%c",snake_mark);
    		temp = temp->next;
    	}
    	if (food)
    		set_cursor_position(food->x,food->y );
    	printf("%c",food_mark);
    	set_cursor_position(0, N/2+2);
    }
    
    //判断是否吃到食物，吃到食物返回 1，否则返回 0；
    int is_food(psnake snake_head, psnake food)
    {
    	if (snake_head->x == food->x && snake_head->y == food->y)
    		return 1;
    	return 0;
    }
    
    //判断是否撞到墙，撞到墙返回 1，否则返回 0；
    int is_boundary(psnake snake_head)
    {
    	if (snake_head->y <= 0 || snake_head->y >= N / 2 + 1 || snake_head->x <= 1 || snake_head->x >= N + 1)
    		return 1;
    	return 0;
    }
    
    //判断是否撞到自己，撞到自己返回 1，否则返回 0；
    int is_snakebody(psnake snake_head)
    {
    	psnake temp=snake_head->next;
    	while (temp)
    	{
    		if (snake_head->x == temp->x && snake_head->y == temp->y)
    			return 1;
    		else
    			temp = temp->next;
    	}
    	return 0;
    }
    
    //将蛇身移动到合适的位置，并打印出来
    psnake snake_move(psnake snake, psnake food)
    {
    	psnake snake_head = (psnake)malloc(sizeof(snake_body));
    	if (snake_direction == U)
    	{
    		snake_head->y = snake->y-1;
    		snake_head->x = snake->x;
    		snake_head->next = snake;
    	}
    	else if (snake_direction == D)
    	{
    		snake_head->y = snake->y + 1;
    		snake_head->x = snake->x;
    		snake_head->next = snake;
    	}
    	else if (snake_direction == L)
    	{
    		snake_head->y = snake->y;
    		snake_head->x = snake->x - 1;
    		snake_head->next = snake;
    	}
    	else if (snake_direction == R)
    	{
    		snake_head->y = snake->y;
    		snake_head->x = snake->x + 1;
    		snake_head->next = snake;
    	}
    
    	if (is_food(snake_head, food))//如果是食物
    	{
    		create_food(snake_head, food);
    		printe_map(snake_head, food);
    	}
    	else if (is_boundary(snake_head) == 0 && is_snakebody(snake_head) == 0)//不是食物，不是边界，也不是蛇身
    	{
    		psnake temp = snake_head;
    		while (temp->next->next)//寻找蛇尾
    		{
    			temp = temp->next;
    		}
    		set_cursor_position(temp->next->x, temp->next->y);
    		printf(" ");//把蛇尾用空格消掉
    		free(temp->next);//释放蛇尾的内存空间
    		temp->next = NULL;//将temp的next置成NULL
    		printe_map(snake_head, food);
    	}
    	else
    	{
    		free(snake_head);
    		snake_head = NULL;
    	}
    	return snake_head;
    }
    
    void control_snake()
    {
    	if (GetAsyncKeyState(VK_UP) && snake_direction != D)
    	{
    		snake_direction = U;
    	}
    	else if (GetAsyncKeyState(VK_DOWN) && snake_direction != U)
    	{
    		snake_direction = D;
    	}
    	else if (GetAsyncKeyState(VK_LEFT) && snake_direction != R)
    	{
    		snake_direction = L;
    	}
    	else if (GetAsyncKeyState(VK_RIGHT) && snake_direction != L)
    	{
    		snake_direction = R;
    	}
    }

4.3 main.cpp

#include"gluttonous.h"
    direction snake_direction;
    psnake food;
    
    int main(void)
    {
    	psnake snake;
    
    	initial_map();
    	snake=initial_snake();
    	food = (psnake)malloc(sizeof(snake_body));
    	food->next = NULL;
    	create_food(snake, food);
    	printe_map(snake, food);
    	snake_direction = R;
    	while (1)
    	{
    		Sleep(sleeptime);
    		control_snake();
    		snake=snake_move(snake, food);
    	}
    	return 0;
    }

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