开源项目：2048程序！C语言编程练手小游戏，400行源码分享

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《2048》是最近比较流行的一款数字游戏。原版2048首先在github上发布，原作者是Gabriele Cirulli。它是基于《1024》和《小3传奇》（Threes!）的玩法开发而成的新型数字游戏。

游戏规则

游戏的规则很简单，你需要控制所有方块向同一个方向运动，两个相同数字的方块撞在一起之后合并成为他们的和，每次操作之后会在空白的方格处随机生成一个2或者4（生成2的概率要大一些），最终得到一个“2048”的方块就算胜利了。

核心算法

1、方块移动和合并算法

主要思想：把游戏数字面板抽象成4行4列的二维数组a[4][4]，值为0的位置表示空方块，其他位置表示对应数字方块。把每一行同等对待，只研究一行的移动合并算法，然后可以通过遍历行来实现所有行的移动合并算法。在一行中，用b[4]表示一行的一位数组，使用两个下标变量来遍历列项，这里使用j和k，其中j总在k的后面，用来寻找k项后面第一个不为0的数字，而k项用于表示当前待比较的项，总是和j项之间隔着若干个数字0，或者干脆紧挨着。不失一般性，考虑往左滑动时，初始情况下j等于1，而k等于0，接着判断j项数字是否大于0，若是，则判断j项和k项数字的关系，分成3种情况处理，分别是P1: ，P2: b[k]==0和P3: b[k]!=0且b[k]!=b[j]；若否，则j自加1，然后继续寻找k项后面第一个不为0的数字。其中P1，P2和P3分别对应如下：

P1：b[k]==b[j]，则b[k] = 2 * b[k]（说明两数合并了），且b[j] = 0（合并之后要将残留的j项值清零），接着k自加1，然后进行下一次循环。

P2：b[k]==0，则表示b[j]之前全是空格子，此时直接移动b[j]到k的位置，也就是b[k] = b[j]，然后b[j] = 0（移动后将残留的j项值清零），接着k值不变，然后进行下一次循环。

P3：b[k]!=0且b[k]!=b[j]，则表示两数不相等且都不为0，此时将两数靠在一起，也就是b[k+1] = b[j]。接着分两种小情况，如j!=k+1，则b[j] = 0（移动后将残留的j项值清零）；若否，则表示两数原先就靠在一起，则不进行特殊处理（相当于未移动）。接着k字加1，然后进行下一次循环。

2、判断游戏是否结束算法

核心思想：遍历二维数组，看是否存在横向和纵向两个相邻的元素相等，若存在，则游戏结束，若不存在，则游戏结束。

3、生成随机数算法

核心思想：根据生成的随机数，对一定的值进行取模，达到生成一定概率的数。在本游戏中，设定出现2的概率是4的两倍，于是可以利用系统提供的随机数函数生成一个数，然后对3区域，得到的数若小于2则在游戏面板空格处生成一个2，若余数等于2，则生成4。在选择将在哪一个空格出生成数的时候，也是根据系统提供的随机函数生成一个数，然后对空格数取余，然后在第余数个空格出生成数字。

4、绘制界面的算法

核心思想：利用系统提供的控制台界面清屏功能，达到刷新界面的效果，利用控制制表符位置，达到绘制游戏数字面板的效果。

由于绘制界面不算是本游戏的本质，且代码段相对较长，所以算法描述在这里省略，读者可以参考完整源代码。

源码示例：

#include <stdio.h> #include <time.h> /* 包含设定随机数种子所需要的time()函数 */ #include <conio.h> /* 包含Windows平台上完成输入字符不带回显和回车确认的getch()函数 */ #include <windows.h> /* 包含Windows平台上完成设定输出光标位置达到清屏功能的函数 */ void start_game(); /* 开始游戏 */ void reset_game(); /* 重置游戏 */ /* 往左右上下四个方向移动 */ void move_left(); void move_right(); void move_up(); void move_down(); void refresh_show(); /* 刷新界面显示 */ void add_rand_num(); /* 生成随机数，本程序中仅生成2或4，概率之比设为2:1 */ void check_game_over(); /* 检测是否输掉游戏，设定游戏结束标志 */ int get_null_count(); /* 获取游戏面板上空位置数量 */ int board[4][4]; /* 游戏数字面板，抽象为二维数组 */ int score; /* 游戏的分 */ int best; /* 游戏最高分 */ int if_need_add_num; /* 是否需要生成随机数标志，1表示需要，0表示不需要 */ int if_game_over; /* 是否游戏结束标志，1表示游戏结束，0表示正常 */ /* main函数 函数定义 */ int main() { start_game(); } /* 开始游戏 函数定义 */ void start_game() { reset_game(); char cmd; while (1) { cmd = getch(); /* 接收标准输入流字符命令 */ if (if_game_over) /* 判断是否已经输掉游戏 */ { if (cmd == 'y' || cmd == 'Y') /* 重玩游戏 */ { reset_game(); continue; } else if (cmd == 'n' || cmd == 'N') /* 退出 */ { return; } else { continue; } } if_need_add_num = 0; /* 先设定默认需要生成随机数，需要时再设定为1 */ switch (cmd) /* 命令解析，w，s，a，d字符代表上下左右命令 */ { case 'a': case 'A': case 75 : move_left(); break; case 's': case 'S': case 80 : move_down(); break; case 'w': case 'W': case 72 : move_up(); break; case 'd': case 'D': case 77 : move_right(); break; } score > best ? best = score : 1; /* 打破得分纪录 */ if (if_need_add_num) /* 默认为需要生成随机数时也同时需要刷新显示，反之亦然 */ { add_rand_num(); refresh_show(); } } } /* 重置游戏 函数定义 */ void reset_game() { score = 0; if_need_add_num = 1; if_game_over = 0; /* 了解到游戏初始化时出现的两个数一定会有个2，所以先随机生成一个2，其他均为0 */ int n = rand() % 16; for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 4; j++) { board[i][j] = (n-- == 0 ? 2 : 0); } } /* 前面已经生成了一个2，这里再生成一个随机的2或者4，且设定生成2的概率是4的两倍 */ add_rand_num(); /* 在这里刷新界面并显示的时候，界面上已经默认出现了两个数字，其他的都为空（值为0） */ system("cls"); refresh_show(); } /* 生成随机数 函数定义 */ void add_rand_num() { srand(time(0)); int n = rand() % get_null_count();/* 确定在何处空位置生成随机数 */ for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 4; j++) { if (board[i][j] == 0 && n-- == 0) /* 定位待生成的位置 */ { board[i][j] = (rand() % 3 ? 2 : 4);/* 确定生成何值，设定生成2的概率是4的概率的两倍 */ return; } } } } /* 获取空位置数量 函数定义 */ int get_null_count() { int n = 0; for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 4; j++) { board[i][j] == 0 ? n++ : 1; } } return n; } /* 检查游戏是否结束 函数定义 */ void check_game_over() { for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { /* 横向和纵向比较挨着的两个元素是否相等，若有相等则游戏不结束 */ if (board[i][j] == board[i][j+1] || board[j][i] == board[j+1][i]) { if_game_over = 0; return; } } } if_game_over = 1; } /* * 如下四个函数，实现上下左右移动时数字面板的变化算法 * 左和右移动的本质一样，区别仅仅是列项的遍历方向相反 * 上和下移动的本质一样，区别仅仅是行项的遍历方向相反 * 左和上移动的本质也一样，区别仅仅是遍历时行和列互换 */ /* 左一 函数定义 */ void move_left() { /* 变量i用来遍历行项的下标，并且在移动时所有行相互独立，互不影响 */ for (int i = 0; i < 4; i++) { /* 变量j为列下标，变量k为待比较（合并）项的下标，循环进入时k<j */ for (int j = 1, k = 0; j < 4; j++) { if (board[i][j] > 0) /* 找出k后面第一个不为空的项，下标为j，之后分三种情况 */ { if (board[i][k] == board[i][j]) /* 情况1：k项和j项相等，此时合并方块并计分 */ { score += board[i][k++] <<= 1; board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; /* 需要生成随机数和刷新界面 */ } else if (board[i][k] == 0) /* 情况2：k项为空，则把j项赋值给k项，相当于j方块移动到k方块 */ { board[i][k] = board[i][j]; board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; } else /* 情况3：k项不为空，且和j项不相等，此时把j项赋值给k+1项，相当于移动到k+1的位置 */ { board[i][++k] = board[i][j]; if (j != k) /* 判断j项和k项是否原先就挨在一起，若不是则把j项赋值为空（值为0） */ { board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; } } } } } } /* 右移 函数定义 */ void move_right() { /* 仿照左移操作，区别仅仅是j和k都反向遍历 */ for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 2, k = 3; j >= 0; j--) { if (board[i][j] > 0) { if (board[i][k] == board[i][j]) { score += board[i][k--] <<= 1; board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; } else if (board[i][k] == 0) { board[i][k] = board[i][j]; board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; } else { board[i][--k] = board[i][j]; if (j != k) { board[i][j] = 0; if_need_add_num = 1; } } } } } } /* 上衣 函数定义 */ void move_up() { /* 仿照左移操作，区别仅仅是行列互换后遍历 */ for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 1, k = 0; j < 4; j++) { if (board[j][i] > 0) { if (board[k][i] == board[j][i]) { score += board[k++][i] <<= 1; board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } else if (board[k][i] == 0) { board[k][i] = board[j][i]; board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } else { board[++k][i] = board[j][i]; if (j != k) { board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } } } } } } /* 下移 函数定义 */ void move_down() { /* 仿照左移操作，区别仅仅是行列互换后遍历，且j和k都反向遍历 */ for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 2, k = 3; j >= 0; j--) { if (board[j][i] > 0) { if (board[k][i] == board[j][i]) { score += board[k--][i] <<= 1; board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } else if (board[k][i] == 0) { board[k][i] = board[j][i]; board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } else { board[--k][i] = board[j][i]; if (j != k) { board[j][i] = 0; if_need_add_num = 1; } } } } } } /* 刷新界面 函数定义 */ void refresh_show() { /* 重设光标输出位置方式清屏可以减少闪烁，system("cls")为备用清屏命令，均为Windows平台相关*/ COORD pos = {0, 0}; SetConsoleCursorPosition(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), pos); printf("\n\n\n\n"); printf(" GAME: 2048 SCORE: %06d BEST: %06d\n", score, best); printf(" --------------------------------------------------\n\n"); /* 绘制表格和数字 */ printf(" ┌──┬──┬──┬──┐\n"); for (int i = 0; i < 4; i++) { printf(" │"); for (int j = 0; j < 4; j++) { if (board[i][j] != 0) { if (board[i][j] < 10) { printf(" %d │", board[i][j]); } else if (board[i][j] < 100) { printf(" %d │", board[i][j]); } else if (board[i][j] < 1000) { printf(" %d│", board[i][j]); } else if (board[i][j] < 10000) { printf("%4d│", board[i][j]); } else { int n = board[i][j]; for (int k = 1; k < 20; k++) { n >>= 1; if (n == 1) { printf("2^%02d│", k); /* 超过四位的数字用2的幂形式表示，如2^13形式 */ break; } } } } else printf(" │"); } if (i < 3) { printf("\n ├──┼──┼──┼──┤\n"); } else { printf("\n └──┴──┴──┴──┘\n"); } } printf("\n"); printf(" --------------------------------------------------\n"); printf(" W↑ A← →D ↓S"); if (get_null_count() == 0) { check_game_over(); if (if_game_over) /* 判断是否输掉游戏 */ { printf("\r GAME OVER! TRY THE GAME AGAIN? [Y/N]"); } } }

效果示例：

希望大家能够很好地利用所学知识完成本项目！

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