完全基于C++ 实现的人机对战五子棋小游戏
1. 项目目标
- 掌握C++的核心技术
- 掌握C++开发项目的方法和流程
- 掌握AI算法的基础应用
2. 效果演示
3. 创建项目
使用VS2019+easyx图形库开发，也可以使用VS的其他版本。
使用VS2019（或VS2022）创建一个新项目，选择空项目模板。
然后再导入图片素材res目录。因网盘链接不稳定，在评论中回复邮件地址，即发送完整素材。也可以使用自己的素材。
4. 项目框架设计
4.1 设计项目框架
使用C语言开发的初学者，往往直接就在main函数中写详细的过程。使用C++面向对象，就需要“脱胎换骨”，改变开发思路了！不写过程，直接写需要几个类！
这里，设计了4个类，分别表示棋手，AI, 棋盘，游戏控制。这应该是最符合现实情况的简单设计了，如果是做网络对战版，就还需要添加其它模块。
4.2 根据设计框架创建类
创建项目框架中描述的4个类。可以使用如下方式创建类：
按照这个方式，一共创建4个类：Man, AI, Chess, ChessGame. 创建完后，项目的目录结构如：
5. 给类添加主要接口
5.1 设计棋盘类Chess的主要接口
注意：在给类设计接口时，建议先只考虑对外暴露的“接口”，可以先不用考虑数据成员，对外（public）提供的接口（函数）才是最重要的。
Chess.h
typedef enum {
CHESS_WHITE = -1, // 白方
CHESS_BLACK = 1 // 黑方
} chess_kind_t;
struct ChessPos {
int row;
int col;
};
class Chess
{
public:
// 棋盘的初始化：加载棋盘的图片资源，初始化棋盘的相关数据
void init();
// 判断在指定坐标(x,y)位置，是否是有效点击
// 如果是有效点击，把有效点击的位置(行，列）保存在参数pos中
bool clickBoard(int x, int y, ChessPos* pos);
// 在棋盘的指定位置（pos）, 落子（kind）
void chessDown(ChessPos* pos, chess_kind_t kind);
// 获取棋盘的大小（13线、15线、19线）
int getGradeSize();
// 获取指定位置是黑棋，还是白棋，还是空白
int getChessData(ChessPos* pos);
int getChessData(int row, int col);
// 判断棋局是否结束
bool checkOver();
};5.2 设计AI类的主要接口
AI.h
#include "Chess.h"
class AI
{
public:
void init(Chess* chess);
void go();
};5.3 设计Man类的主要接口
Man.h
5.4 设计ChessGame的主要接口
ChessGame.h
class ChessGame
{
public:
void play();
};5.5 添加各个接口的具体实现
可以使用如下方式自动生成各接口的具体实现。先不用考虑各个接口的真正实现，直接使用空函数体代替。 
6. 实现游戏控制
直接调用各个类定义的接口，实现游戏的主体控制。
6.1 添加数据成员
为了便于调用各个类的功能，在ChessGame中，添加3各数据成员，并再构造函数中初始化这三个数据成员。
#include "Man.h"
#include "AI.h"
#include "Chess.h"
class ChessGame
{
public:
ChessGame(Man*, AI*, Chess*);
void play();
private:
Man* man;
AI* ai;
Chess* chess;
};
ChessGame::ChessGame(Man* man, AI* ai, Chess* chess)
{
this->man = man;
this->ai = ai;
this->chess = chess;
ai->init(chess);
man->init(chess);
}6.2 实现游戏
void ChessGame::play()
{
chess->init();
while (1) {
man->go();
if (chess->checkOver()) {
chess->init();;
continue;
}
ai->go();
if (chess->checkOver()) {
chess->init();
continue;
}
}
}7. 创建游戏
在main函数中，创建游戏。
#include
#include "ChessGame.h"
int main(void) {
Chess chess;
Man man;
AI ai;
ChessGame game(&man, &ai, &chess);
game.play();
return 0;
} 8. 棋盘的“数据成员”设计
为棋盘类，添加private权限的“数据成员”。
private:
// 棋盘尺寸
int gradeSize;
float margin_x;//49;
int margin_y;// 49;
float chessSize; //棋子大小（棋盘方格大小）
IMAGE chessBlackImg;
IMAGE chessWhiteImg;
// 存储当前游戏棋盘和棋子的情况,空白为0，黑子1，白子-1
vector> chessMap;
// 标示下棋方, true:黑棋方 false: AI 白棋方（AI方）
bool playerFlag; 再补充一下头文件。
#include
#include
using namespace std; 9. 使用棋盘类的“构造函数” 对棋盘进行构造
添加棋盘类的构造函数的定义以及实现。
Chess.h
Chess(int gradeSize, int marginX, int marginY, float chessSize);Chess.cpp
Chess::Chess(int gradeSize, int marginX, int marginY, float chessSize)
{
this->gradeSize = gradeSize;
this->margin_x = marginX;
this->margin_y = marginY;
this->chessSize = chessSize;
playerFlag = CHESS_BLACK;
for (int i = 0; i < gradeSize; i++) {
vectorrow;
for (int j = 0; j < gradeSize; j++) {
row.push_back(0);
}
chessMap.push_back(row);
}
} 同时修改main函数的Chess对象的创建
//Chess chess;
Chess chess(13, 44, 43, 67.4);10. 棋盘的“初始化”
对棋盘进行数据初始化，使得能够看到实际的棋盘。
void Chess::init()
{
initgraph(897, 895);
loadimage(0, "res/棋盘2.jpg");
mciSendString("play res/start.wav", 0, 0, 0); //需要修改字符集为多字节字符集
loadimage(&chessBlackImg, "res/black.png", chessSize, chessSize, true);
loadimage(&chessWhiteImg, "res/white.png", chessSize, chessSize, true);
for (int i = 0; i < chessMap.size(); i++) {
for (int j = 0; j < chessMap[i].size(); j++) {
chessMap[i][j] = 0;
}
}
playerFlag = true;
}添加头文件和相关库，使得能够播放落子音效。
Chess.cpp
#include
#pragma comment(lib, "winmm.lib") 修改项目的字符集为“多字节字符集”。
11. 实现棋手走棋
现在执行程序，除了弹出的棋盘，什么都不能干。因为，棋手的走棋函数，还没有实现哦！现在来实现棋手走棋功能。
11.1 棋手的初始化
为棋手类，添加数据成员，表示棋盘
Man.h
private:
Chess* chess;实现棋手对象的初始化。
Man.cpp
void Man::init(Chess* chess)
{
this->chess = chess;
}在ChessGame的构造函数中，实现棋手的初始化。
ChessGame.cpp
ChessGame::ChessGame(Man* man, AI* ai, Chess* chess)
{
this->man = man;
this->ai = ai;
this->chess = chess;
man->init(chess); //初始化棋手
}11.2 棋手走棋
Man.cpp
void Man::go(){
// 等待棋士有效落子
MOUSEMSG msg;
ChessPos pos;
while (1) {
msg = GetMouseMsg();
if (msg.uMsg == WM_LBUTTONDOWN && chess->clickBoard(msg.x, msg.y, &pos)) {
break;
}
}
// 落子
chess->chessDown(&pos, CHESS_BLACK);
}11.3 判断落子点击位置是否有效
执行程序后，还是没有任何效果，因为落子的有效性还没有判断。
原理分析
先计算点击位置附近的4个点的位置，然后再计算点击位置到这四个点之间的距离，如果离某个点的距离小于“阈值”，就认为这个点是落子位置。这个“阈值”， 小于棋子大小的一半即可。我们这里取棋子大小的0.4倍。
代码实现
Chess.cpp
bool Chess::clickBoard(int x, int y, ChessPos* pos)
{
int col = (x - margin_x) / chessSize;
int row = (y - margin_y) / chessSize;
int leftTopPosX = margin_x + chessSize * col;
int leftTopPosY = margin_y + chessSize * row;
int offset = chessSize * 0.4; // 20 鼠标点击的模糊距离上限
int len;
int selectPos = false;
do {
len = sqrt((x - leftTopPosX) * (x - leftTopPosX) + (y - leftTopPosY) * (y - leftTopPosY));
if (len < offset) {
pos->row = row;
pos->col = col;
if (chessMap[pos->row][pos->col] == 0) {
selectPos = true;
}
break;
}
// 距离右上角的距离
len = sqrt((x - leftTopPosX - chessSize) * (x - leftTopPosX - chessSize) + (y - leftTopPosY) * (y - leftTopPosY));
if (len < offset) {
pos->row = row;
pos->col = col + 1;
if (chessMap[pos->row][pos->col] == 0) {
selectPos = true;
}
break;
}
// 距离左下角的距离
len = sqrt((x - leftTopPosX) * (x - leftTopPosX) + (y - leftTopPosY - chessSize) * (y - leftTopPosY - chessSize));
if (len < offset) {
pos->row = row + 1;
pos->col = col;
if (chessMap[pos->row][pos->col] == 0) {
selectPos = true;
}
break;
}
// 距离右下角的距离
len = sqrt((x - leftTopPosX - chessSize) * (x - leftTopPosX - chessSize) + (y - leftTopPosY - chessSize) * (y - leftTopPosY - chessSize));
if (len < offset) {
pos->row = row + 1;
pos->col = col + 1;
if (chessMap[pos->row][pos->col] == 0) {
selectPos = true;
}
break;
}
} while (0);
return selectPos;
}12. 实现棋盘落子
12.1 实现Chess类的chessDown成员函数
void Chess::chessDown(ChessPos *pos, chess_kind_t kind)
{
mciSendString("play res/down7.WAV", 0, 0, 0);
int x = margin_x + pos->col * chessSize - 0.5 * chessSize;
int y = margin_y + pos->row * chessSize - 0.5 * chessSize;
if (kind == CHESS_WHITE) {
putimagePNG(x, y, &chessWhiteImg);
}
else {
putimagePNG(x, y, &chessBlackImg);
}
}
棋子背后有黑色背景。这是因为easyx图形库默认不支持背景透明的png格式图片，把透明部分直接渲染为黑色了。解决方案，使用自定义的图形渲染接口，如下：
void putimagePNG(int x, int y, IMAGE* picture) //x为载入图片的X坐标，y为Y坐标
{
// 变量初始化
DWORD* dst = GetImageBuffer(); // GetImageBuffer()函数，用于获取绘图设备的显存指针，EASYX自带
DWORD* draw = GetImageBuffer();
DWORD* src = GetImageBuffer(picture); //获取picture的显存指针
int picture_width = picture->getwidth(); //获取picture的宽度，EASYX自带
int picture_height = picture->getheight(); //获取picture的高度，EASYX自带
int graphWidth = getwidth(); //获取绘图区的宽度，EASYX自带
int graphHeight = getheight(); //获取绘图区的高度，EASYX自带
int dstX = 0; //在显存里像素的角标
// 实现透明贴图 公式： Cp=αp*FP+(1-αp)*BP ， 贝叶斯定理来进行点颜色的概率计算
for (int iy = 0; iy < picture_height; iy++)
{
for (int ix = 0; ix < picture_width; ix++)
{
int srcX = ix + iy * picture_width; //在显存里像素的角标
int sa = ((src[srcX] & 0xff000000) >> 24); //0xAArrggbb;AA是透明度
int sr = ((src[srcX] & 0xff0000) >> 16); //获取RGB里的R
int sg = ((src[srcX] & 0xff00) >> 8); //G
int sb = src[srcX] & 0xff; //B
if (ix >= 0 && ix <= graphWidth && iy >= 0 && iy <= graphHeight && dstX <= graphWidth * graphHeight)
{
dstX = (ix + x) + (iy + y) * graphWidth; //在显存里像素的角标
int dr = ((dst[dstX] & 0xff0000) >> 16);
int dg = ((dst[dstX] & 0xff00) >> 8);
int db = dst[dstX] & 0xff;
draw[dstX] = ((sr * sa / 255 + dr * (255 - sa) / 255) << 16) //公式： Cp=αp*FP+(1-αp)*BP ； αp=sa/255 , FP=sr , BP=dr
| ((sg * sa / 255 + dg * (255 - sa) / 255) << 8) //αp=sa/255 , FP=sg , BP=dg
| (sb * sa / 255 + db * (255 - sa) / 255); //αp=sa/255 , FP=sb , BP=db
}
}
}
} 再把chessDown中的putimage更换为putimagePNG, 测试效果如下：
12.2 修改棋盘的棋子数据
在界面上落子之后，还需要修改棋盘的棋子数据。为Chess类添加updateGameMap函数来修改棋子数据。这个方法，是给棋盘对象内部使用的，不需要开放给他人使用，所有把权限设置为private，设置为public也可以，但是从技术角度就不安全了。如果他人直接调用这个函数，就会导致棋盘的数据和界面上看到的数据不一样。
12.2 修改棋盘的棋子数据
在界面上落子之后，还需要修改棋盘的棋子数据。为Chess类添加updateGameMap函数来修改棋子数据。这个方法，是给棋盘对象内部使用的，不需要开放给他人使用，所有把权限设置为private，设置为public也可以，但是从技术角度就不安全了。如果他人直接调用这个函数，就会导致棋盘的数据和界面上看到的数据不一样。
Chess.h
private:
void updateGameMap(ChessPos *pos);
Chess.cpp
void Chess::updateGameMap(ChessPos* pos)
{
lastPos = *pos;
chessMap[pos->row][pos->col] = playerFlag ? 1 : -1;
playerFlag = !playerFlag; // 换手
}
在落子后，调用updateGameMap更新棋子数据。
void Chess::chessDown(ChessPos *pos, chess_kind_t kind)
{
// ......
updateGameMap(pos);
}13. 实现AI走棋
13.3 AI“思考”怎样走棋
AI的思考方法，就是对棋盘的所有可能落子点，做评分计算，然后选择一个评分最高的点落子。
13.3.1 AI对落子点进行评分
对每一个可能的落子点，从该点周围的八个方向，分别计算，确定出每个方向已经有几颗连续的棋子。
棋理格言：敌之好点，即我之好点。
就是说，每个点，都要考虑，如果敌方占领了这个点，会产生多大的价值，如果我方占领了这个点，又会产生多大的价值。如果我方占领这个点，价值只有1000，但是敌方要是占领了这个点，价值有2000，而在自己在其它位置没有价值更高的点，那么建议直接抢占这个敌方的好点。
常见棋形
如果走这个点，产生的棋形以及对应评分：
AI先计算棋手如果在这个位置落子，会有多大的价值。然后再计算自己如果在这个位置落子，有大大价值。具体计算方法，就是计算如果黑棋或者白棋在这个位置落子，那么在这个位置的某个方向上， 一共有连续几个黑子或者连续几个白子。连续的数量越多，价值越大
用代码实现评分计算
AI.h
private:
void calculateScore();AI.cpp
void AI::calculateScore()
{
// 统计玩家或者电脑连成的子
int personNum = 0; // 玩家连成子的个数
int botNum = 0; // AI连成子的个数
int emptyNum = 0; // 各方向空白位的个数
// 清空评分数组
for (int i = 0; i < scoreMap.size(); i++) {
for (int j = 0; j < scoreMap[i].size(); j++) {
scoreMap[i][j] = 0;
}
}
int size = chess->getGradeSize();
for (int row = 0; row < size; row++)
for (int col = 0; col < size; col++)
{
// 空白点就算
if (chess->getChessData(row, col) == 0) {
// 遍历周围八个方向
for (int y = -1; y <= 1; y++) {
for (int x = -1; x <= 1; x++)
{
// 重置
personNum = 0;
botNum = 0;
emptyNum = 0;
// 原坐标不算
if (!(y == 0 && x == 0))
{
// 每个方向延伸4个子
// 对黑棋评分（正反两个方向）
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
int curRow = row + i * y;
int curCol = col + i * x;
if (curRow >= 0 && curRow < size &&
curCol >= 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 1) // 真人玩家的子
{
personNum++;
}
else if (curRow >= 0 && curRow < size &&
curCol >= 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 0) // 空白位
{
emptyNum++;
break;
}
else // 出边界
break;
}
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
int curRow = row - i * y;
int curCol = col - i * x;
if (curRow >= 0 && curRow < size &&
curCol >= 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 1) // 真人玩家的子
{
personNum++;
}
else if (curRow >= 0 && curRow < size &&
curCol >= 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 0) // 空白位
{
emptyNum++;
break;
}
else // 出边界
break;
}
if (personNum == 1) // 杀二
scoreMap[row][col] += 10;
else if (personNum == 2) // 杀三
{
if (emptyNum == 1)
scoreMap[row][col] += 30;
else if (emptyNum == 2)
scoreMap[row][col] += 40;
}
else if (personNum == 3) // 杀四
{
// 量变空位不一样，优先级不一样
if (emptyNum == 1)
scoreMap[row][col] += 60;
else if (emptyNum == 2)
scoreMap[row][col] += 200;
}
else if (personNum == 4) // 杀五
scoreMap[row][col] += 20000;
// 进行一次清空
emptyNum = 0;
// 对白棋评分
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
int curRow = row + i * y;
int curCol = col + i * x;
if (curRow > 0 && curRow < size &&
curCol > 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == -1) // 玩家的子
{
botNum++;
}
else if (curRow > 0 && curRow < size &&
curCol > 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 0) // 空白位
{
emptyNum++;
break;
}
else // 出边界
break;
}
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
int curRow = row - i * y;
int curCol = col - i * x;
if (curRow > 0 && curRow < size &&
curCol > 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == -1) // 玩家的子
{
botNum++;
}
else if (curRow > 0 && curRow < size &&
curCol > 0 && curCol < size &&
chess->getChessData(curRow, curCol) == 0) // 空白位
{
emptyNum++;
break;
}
else // 出边界
break;
}
if (botNum == 0) // 普通下子
scoreMap[row][col] += 5;
else if (botNum == 1) // 活二
scoreMap[row][col] += 10;
else if (botNum == 2)
{
if (emptyNum == 1) // 死三
scoreMap[row][col] += 25;
else if (emptyNum == 2)
scoreMap[row][col] += 50; // 活三
}
else if (botNum == 3)
{
if (emptyNum == 1) // 死四
scoreMap[row][col] += 55;
else if (emptyNum == 2)
scoreMap[row][col] += 10000; // 活四
}
else if (botNum >= 4)
scoreMap[row][col] += 30000; // 活五，应该具有最高优先级
}
}
}
}
}
}