.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 NuGet包 FlysEngine.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。

在 html5的 canvas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 4行 4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 x和 y，因此定义了一个变量 MatrixPositions来简化这一过程：

static IEnumerable 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， Cell和 Matrix。

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# 8.0的 switchexpression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 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 2， 10%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 4x4的 Cell：

class Matrix	
{	
    public Cell[,] CellTable;	
    public IEnumerable 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(this IEnumerable 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.NET， NuGet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(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 Matrix的 RequestDirection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# 8.0的 switchexpression语法，它让我省去了 if/else或 switchcase，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， dv、 tx与 ty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。 ValueTuple是 C# 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： GameOver和 KeepGoing，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 switchexpression、 ValueTuple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 GameWindow的 OnUpdateLogic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 setter)	
{	
    var tcs = new TaskCompletionSource();	
    Variable variable = Instance.XResource.CreateAnimation(initialVal, finalVal, durationMs / 1000);	
    IDisposable subscription = null;	
    subscription = Observable	
        .FromEventPattern(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 DisplayX， DisplayY、 DisplaySize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 x和 y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， Matrix和 GameWindow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 栈，因此在 .NET中我们可以使用 Stack<T>，在 Matrix中可以这样定义：

Stack CellHistory = new Stack();

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 一维数组与 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().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和 .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则不可能发生。

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 DetectMouseGesture(Form form)	
{	
    var mouseDown = Observable.FromEventPattern(form, nameof(form.MouseDown));	
    var mouseUp = Observable.FromEventPattern(form, nameof(form.MouseUp));	
    var mouseMove = Observable.FromEventPattern(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 Rx对 MouseDown、 MouseUp和 MouseMove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

• 将 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.Desktop和 System.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/canvas的 js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。

……但完成这篇文章我花了很多、很多心思。微信限制文章可能无法评论，喜欢的朋友 可进入我的博客园进行评论(https://www.cnblogs.com/sdflysha/p/20191030-2048-by-dotnet.html)，并关注我的微信公众号：【DotNet骚操作】