R语言游戏框架设计.docx
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R语言游戏框架设计
R语言游戏框架设计
目录
1.贪食蛇的面向对象改造
2.游戏框架定义
3.在框架中重新实现贪食蛇游戏
1.贪食蛇的面向对象改造
我们可以利用面向对象的方法论，对贪食蛇游戏进行抽象整理，并实现代码的面向对象的改造。
R语言支持3种面向对象的编程实现方式，我选择基于RC的面向对象编程，关于RC详细使用请参考文章：
R语言基于RC的面向对象编程。
由于我们之前的代码都是通过函数来封装的，所以代码重构还是比较简单的，只要把Snake对象的属性和方法定义清楚就行了。
1.1定义Snake类
定义Snake类，画出类图，包括属性和方法。
属性解释：
∙name:
游戏的名字
∙stage:
当前的游戏场景
∙e:
游戏中的变量，environment类型
∙m:
游戏地图矩阵
∙width:
矩阵的宽
∙height:
矩阵的高
方法解释：
∙initialize（）:
构建函数，用于RC类的初始化
∙init（）:
给stage1场景初始化游戏变量
∙fail（）:
失败查询
∙furit（）:
判断并生成水果坐标
∙head（）:
生成蛇头移动坐标。
∙body（）:
生成蛇尾移动坐标。
∙drawTable（）:
绘制游戏背景。
∙drawMatrix（）:
绘制游戏矩阵。
∙stage0（）:
创建开机场景，可视化输出。
∙stage1（）:
创建游戏场景，stage1（）函数内部，封装了游戏场景运行时的函数，并进行调用。
∙stage2（）:
创建结束场景，可视化输出
∙keydown（）:
监听键盘事件。
∙run（）:
启动函数
1.2全局函数调用顺序图
接下来，根据UML规范画出顺序图，主要包括全局函数调用和stage1场景游戏环境调用。
全局函数调用关系。
1.通过run（）函数启动游戏，进入stage0场景，注册键盘事件。
2.在stage0场景按任意键切换到stage1场景。
3.init（）出始化stage1场景的游戏变量。
4.stage1（）运行游戏
5.当游戏失败fail（）或按q键
6.游戏进行stage2场景，显示游戏结束画面，
7.按空格键回到stage0重新开始，按q键退出程序。
1.3stage1场景游戏环境函数调用顺序图
stage1场景游戏环境函数调用关系。
1.游戏进入stage1场景，按上下左右（up,down,left,right）方向键操作蛇头的前进路线。
2.furit（）函数检查，如果地图上水果被吃掉，生成一个新水果，记录到矩阵中。
3.head（）函数，通过上下左边键的操作，进行蛇头的移动，记录到矩阵中。
4.fail（）函数失败检查，no未失败继续，yes失败进行stage2场景。
5.body（）函数，蛇身体移动，记录到矩阵中。
6.drawTable（）函数，画出游戏背景画布。
7.drawMatrix（）函数，画出游戏矩阵。
利用UML的方法，通过类图和顺序图的描述，我们就把贪食蛇的游戏程序进行了面向对象的设计改造。
不用着急去写代码，我们再想想如何进行游戏框架的提取。
2.游戏框架定义
要设计一个完整、易用、有良好扩展的游戏框架是比难的，但我们可以基于贪食蛇的游戏，一步一步来做抽象。
抽象过程就是把程序对象化，上面的我们已经做了；第二步再把公用的属性和方法提取封装，可以统一把公用的部分提取到一个Game的父类里面，让Snake类继承Game类，从而实现游戏框架定义。
我们画出Game类和Snake类的类图。
∙Game类公共属性，包括了所有的Snake类的属性，这是因为这些属性都是全局的，其他的游戏也会用到，而且每个游戏中的属性，可以在e中进行定义。
∙Game类公共方法，包括了游戏全局调用的方法，但不包括Snake游戏stage1场景中运行的方法。
在Game类的方法中，我们主要实现的都是开发的辅助功能。
∙Snake类方法，同样还有Game类的方法，这是用到方法的重写技术。
子类的方法，先调用父类的同名方法，然后再执行子类方法里的程序。
这样我们就简单地分离了游戏框架Game类和游戏实现Snake类，下面我们要做的就是把代码按照设计进行实现，看看我们的设计是否是合理的。
3.在框架中重新实现贪食蛇游戏
Game类的代码实现，用R语言的RC面向对象编程进行代码编写。
Game<-setRefClass（'Game',
fields=list（
#系统变量
name="character",#名字
debug='logical', #调试状态
width='numeric', #矩阵宽
height='numeric',#矩阵高
#应用变量
stage='numeric', #场景
e='environment', #环境空间变量
m='matrix', #数据矩阵
isFail='logical' #游戏失败
）,
methods=list（
#构造函数
initialize=function（name,width,height,debug）{
name<<-"RGameFramework"
debug<<-FALSE
width<<-height<<-20 #矩阵宽高
},
#初始化变量
init=function（）{
e<<-new.env（） #环境空间
m<<-matrix（rep（0,width*height）,nrow=width） #数据矩阵
isFail<<-FALSE
},
#开机画图
stage0=function（）{
stage<<-0
init（）
},
#结束画图
stage2=function（）{
stage<<-2
},
#游戏中
stage1=function（default=FALSE）{
stage<<-1
if（FALSE）{ #默认游戏中界面
plot（0,0,xlim=c（0,1）,ylim=c（0,1）,type='n',xaxs="i",yaxs="i"）
text（0.5,0.7,label="Playing",cex=5）
}
},
#矩阵工具
index=function（col）{
return（which（m==col））
},
#失败操作
fail=function（msg）{
print（paste（"GameOver",msg））
isFail<<-TRUE
keydown（'q'）
return（NULL）
},
#键盘事件，控制场景切换
keydown=function（K）{
if（stage==0）{#开机画面
stage1（）
return（NULL）
}
if（stage==2）{#结束画面
if（K=="q"）q（）
elseif（K==''）stage0（）
return（NULL）
}
},
#启动程序
run=function（）{
par（mai=rep（0,4）,oma=rep（0,4））
stage0（）
getGraphicsEvent（prompt="SnakeGame",onKeybd=function（K）{
if（debug）print（paste（"keydown",K））
return（keydown（K））
}）
}
）
）
Snake类的代码实现，继承Game类，并实现贪食蛇游戏的私有方法。
#引用game.r文件
source（file="game.r"）
#Snake类，继承Game类
Snake<-setRefClass（"Snake",contains="Game",
methods=list（
#构造函数
initialize=function（name,width,height,debug）{
callSuper（name,width,height,debug）#调父类
name<<-"SnakeGame"
},
#初始化变量
init=function（）{
callSuper（） #调父类
e$step<<-1/width#步长
e$dir<<-e$lastd<<-'up'#移动方向
e$head<<-c（2,2）#初始蛇头坐标
e$lastx<<-e$lasty<<-2#蛇头上一个点坐标
e$tail<<-data.frame（x=c（）,y=c（））#初始蛇尾坐标
e$col_furit<<-2#水果颜色
e$col_head<<-4#蛇头颜色
e$col_tail<<-8#蛇尾颜色
e$col_path<<-0#路颜色
e$col_barrier<<-1#障碍颜色
},
#失败检查
lose=function（）{
#head出边界
if（length（which（e$head<1））>0|length（which（e$head>width））>0）{
fail（"Outofledge."）
return（NULL）
}
#head碰到tail
if（m[e$head[1],e$head[2]]==e$col_tail）{
fail（"headhittail."）
return（NULL）
}
},
#随机的水果点
furit=function（）{
if（length（index（e$col_furit））<=0）{#不存在水果
idx<-sample（index（e$col_path）,1）
fx<-ifelse（idx%%width==0,10,idx%%width）
fy<-ceiling（idx/height）
m[fx,fy]<<-e$col_furit
if（debug）{
print（paste（"furitidx",idx））
print（paste（"furitaxis:
",fx,fy））
}
}
},
#snakehead
head=function（）{
e$lastx<<-e$head[1]
e$lasty<<-e$head[2]
#方向操作
if（e$dir=='up'）e$head[2]<<-e$head[2]+1
if（e$dir=='down'）e$head[2]<<-e$head[2]-1
if（e$dir=='left'）e$head[1]<<-e$head[1]-1
if（e$dir=='right'）e$head[1]<<-e$head[1]+1
},
#snakebody
body=function（）{
if（isFail）return（NULL）
m[e$lastx,e$lasty]<<-e$col_path
m[e$head[1],e$head[2]]<<-e$col_head#snake
if（length（index（e$col_furit））<=0）{#不存在水果
e$tail<<-rbind（e$tail,data.frame（x=e$lastx,y=e$lasty））
}
if（nrow（e$tail）>0）{#如果有尾巴
e$tail<<-rbind（e$tail,data.frame（x=e$lastx,y=e$lasty））
m[e$tail[1,]$x,e$tail[1,]$y]<<-e$col_path
e$tail<<-e$tail[-1,]
m[e$lastx,e$lasty]<<-e$col_tail
}
if（debug）{
print（paste（"snakeidx",index（e$col_head）））
print（paste（"snakeaxis:
",e$head[1],e$head[2]））
}
},
#画布背景
drawTable=function（）{
if（isFail）return（NULL）
plot（0,0,xlim=c（0,1）,ylim=c（0,1）,type='n',xaxs="i",yaxs="i"）
if（debug）{
#显示背景表格
abline（h=seq（0,1,e$step）,col="gray60"）#水平线
abline（v=seq（0,1,e$step）,col="gray60"）#垂直线
#显示矩阵
df<-data.frame（x=rep（seq（0,0.95,e$step）,width）,y=rep（seq（0,0.95,e$step）,each=height）,lab=seq（1,width*height））
text（df$x+e$step/2,df$y+e$step/2,label=df$lab）
}
},
#根据矩阵画数据
drawMatrix=function（）{
if（isFail）return（NULL）
idx<-which（m>0）
px<-（ifelse（idx%%width==0,width,idx%%width）-1）/width+e$step/2
py<-（ceiling（idx/height）-1）/height+e$step/2
pxy<-data.frame（x=px,y=py,col=m[idx]）
points（pxy$x,pxy$y,col=pxy$col,pch=15,cex=4.4）
},
#游戏场景
stage1=function（）{
callSuper（）
furit（）
head（）
lose（）
body（）
drawTable（）
drawMatrix（）
},
#开机画图
stage0=function（）{
callSuper（）
plot（0,0,xlim=c（0,1）,ylim=c（0,1）,type='n',xaxs="i",yaxs="i"）
text（0.5,0.7,label=name,cex=5）
text（0.5,0.4,label="Anykeyboardtostart",cex=2,col=4）
text（0.5,0.3,label="Up,Down,Left,Rigthtocontroldirection",cex=2,col=2）
text（0.2,0.05,label="Author:
DanZhang",cex=1）
text（0.5,0.05,label="http:
//blog.fens.me",cex=1）
},
#结束画图
stage2=function（）{
callSuper（）
info<-paste（"Congratulations!
Youhaveeat",nrow（e$tail）,"fruits!
"）
print（info）
plot（0,0,xlim=c（0,1）,ylim=c（0,1）,type='n',xaxs="i",yaxs="i"）
text（0.5,0.7,label="GameOver",cex=5）
text（0.5,0.4,label="Spacetorestart,qtoquit.",cex=2,col=4）
text（0.5,0.3,label=info,cex=2,col=2）
text（0.2,0.05,label="Author:
DanZhang",cex=1）
text（0.5,0.05,label="http:
//blog.fens.me",cex=1）
},
#键盘事件，控制场景切换
keydown=function（K）{
callSuper（K）
if（stage==1）{#游戏中
if（K=="q"）stage2（）
else{
if（tolower（K）%in%c（"up","down","left","right"））{
e$lastd<<-e$dir
e$dir<<-tolower（K）
stage1（）
}
}
return（NULL）
}
return（NULL）
}
）
）
snake<-function（）{
game<-Snake$new（）
game$initFields（debug=TRUE）
game$run（）
}
snake（）
最后，我们运行snake.r的程序，就完成了整个贪食蛇游戏。
游戏运行效果，可以查看上一篇文章，R语言游戏之旅贪食蛇入门 的游戏截图和动画。
对于贪食蛇游戏的开发，我们已经完成了，虽然界面还是比较土，而且没有时间维度的操作。
那么我们换一个角度思考，如果不太要求画面效果，而且不需要时间维度的游戏，是不是R语言会表现的更好呢？
当然，这类游戏也有很多，比如最近流行的2048。
那么接下来，就用我们的游戏框架，再来做一个2048的游戏吧，试试在100行之内实现。
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