C语言-手把手教你写贪吃蛇AI(上)

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

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
#include //SetConsoleCursorPosition, sleep函数的头函数
#include	//time()的头函数
#include	//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; ix = 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;
}