Android学习之路--围住神经猫

2016年3月2日 会当凌绝顶，一览众山小。

为期三天的围住神经猫极简版已经出炉，虽说github或者其他博客已经吧这个简单的小项目写的很详细了，但我还是忍不住再扯一篇。一来为了加深理解，二来也给自己留个学习回忆，毕竟这是我的第一个完整的小游戏项目嘛。

下面我就按照我忍为比较好理解的思路来把整个项目重新整理一遍，期待可以和大家一起学习讨论。

功能预览

原版游戏项目预览：

本人的精简版：

游戏玩法：
点击灰色的点设置红色的路障，每点击一次神经猫（橙色）都会移动一次，如果神经猫到达边界游戏失败，若围住了神经猫，则游戏胜利。

元素定义

由图中可以看出的，游戏的元素大致为10行10列的点阵，我们首先建立Dot类，然后建立Dot数组完成这个点阵。
Dot属性分析：
游戏中需要在背景图片上画出这些元素，所以他们仅仅通过数组下标进行区分是不合理的，为了找到他们在画板上的位置，我们就要给他们添上x,y坐标
其次，每个Dot都应该有着三种状态：
神经猫可走的状态 STATE_ON 神经猫不可走的路障状态 STATE_OFF 以及神经猫所处的状态 STATE_IN
我们设置对应的颜色为 ON_GRAY 灰色 OFF_RED红色 IN_ORANGE橙色
最后给对应的属性配置set和get方法。

Dot 类：

public class Dot {

    private int x, y;//点位置坐标
    private int status;//点此时的状态
    //点的三种状态
    public static final int STATUS_ON = 0;//神经猫可以进入
    public static final int ON_GRAY = Color.GRAY; //这个状态呈现的颜色
    public static final int STATUS_IN = 9;//神经猫所在的点
    public static final int IN_ORANGE = 0xFFFF7F00;
    public static final int STATUS_OFF = 1;//神经猫不可以走的点
    public static final int OFF_RED = Color.RED;


    public Dot(int x, int y) {  //初始点的位置
        this.x = x;
        this.y = y;
        status = STATUS_ON;
    }

    //为x,y,status创建get和set方法
    public int getX() {
        return x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }

    public int getStatus() {
        return status;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }

    public void setStatus(int status) {
        this.status = status;
    }

    public void setXY(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

建立好这些点，我们要对游戏背景进行初始化，我们不能在通过activity_main.xml进行设置。
这时我首先想到view，但是很不幸，只有UI线程才能修改UI，如果使用view，我们将频繁的在线程间通信，这无疑加大了代码的复杂度和线程阻塞的可能性。
这时我们就需要游戏开发的常客：SurfaceView

SurfaceView

View必须在UI线程更新画面，而surfaceView是在一个新起的单独线程中重新绘制画面。这是两者的根本区别。
要想实现surfaceview 首先要继承surfaceview类，并实现SurfaceView.CallBack接口。
SurfaceVIew详解：http://www.360doc.com/content/13/0103/14/7724936_257842268.shtml

创建视图类

创建PlayGround类并继承SurfaceView。
该类主要实现游戏界面的绘制，游戏逻辑的实现。

public class PlayGround extends SurfaceView{
    private SurfaceHolder holder = null
    public PlayGround(Context context) {
        super(context);
        holder.addCallback(callback);//为holder指定callback
    }
    //建立CallBack内部类
    SurfaceHolder.Callback callback = new SurfaceHolder.Callback(){

        @Override
        public void surfaceCreated(SurfaceHolder surfaceHolder) {
        }

        @Override
        public void surfaceChanged(SurfaceHolder surfaceHolder, int format, int width, int height) {
            DOT_WIDTH = width / (COL + 1);
        }

        @Override
        public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder surfaceHolder) {
        }
    };
}

Callback的三个方法：

surfaceCreated（）
Surface第一次创建后会立即调用该函数。
程序可以在该函数中做些和绘制界面相关的初始化工作，
一般情况下都是在另外的线程来绘制界面，所以不要在这个函数中绘制Surface。
surfaceChanged（）
当Surface的状态（大小和格式）发生变化的时候会调用该函数，在surfaceCreated调用后该函数至少会被调用一次。
surfaceDestroyed（）
当Surface被摧毁前会调用该函数，该函数被调用后就不能继续使用Surface了，一般在该函数中来清理使用的资源。

为了方便检查程序的执行顺序，我习惯在每个方法上加上Log。

建立好后，我们为Activity设置

public class MainActivity extends Activity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(new Playground(this));
    }
}

初始化游戏

在初始化数组时，让我们首先看一张数组下标和点坐标关系的图

由图中可知，点的坐标和数组下标刚好相反 例如dots[0][1]坐标为(1,0)。

我有一个想把什么代码都放入方法的毛病，不知是好是坏，这里为了方便后面代码的理解，我就把数组的初始化单独的放在initDots方法中了。

定义数组的长度final：

    private final int ROW = 10;//数组行
    private final int COL = 10;//数组列

初始化数组

    private void initDots() { //初始化点数组
        Log.i("INFO---", "调用了initDots");
        dots = new Dot[ROW][COL];
        for (int i = 0; i < ROW; i++) {
            for (int j = 0; j < COL; j++) {
                dots[i][j] = new Dot(j, i);
            }
        }
    }

为了方便赋值state，我们可以先将所有元素都设置为灰色，然后指定橙色神经猫的位置，最后在已经变成灰色的点上随机出15个红色路障。
为这个数组的所有元素赋予属性STATE_ON：

    //初始化所有元素为ON
    private void initStateOn() {
        Log.i("INFO---", "调用了initStateOn");
        for (int i = 0; i < ROW; i++) {
            for (int j = 0; j < COL; j++) {
                dots[i][j].setStatus(Dot.STATUS_ON);
            }
        }
    }

定义路障数量：

private int OFFNUM = 15;//设置15个路障

随机路障：

    //初始化路障
    private void initStateOFF() {
        Log.i("INFO---", "调用了initStateOFF");
        for (int i = 0; i < OFFNUM; ) {  //设置OFFNUM个路障
            int randomI = (int) (Math.random() * 1000 % ROW);//随机一个行标
            int randomJ = (int) (Math.random() * 1000 % COL);//随机一个列标
             //如果随机出的这个点可以设置路障（即 不是路障或猫）
            if (dots[randomI][randomJ].getStatus() == Dot.STATUS_ON) { 
                //就设置路障
                dots[randomI][randomJ].setStatus(Dot.STATUS_OFF);
                i++;
            }
        }
    }

再初始化神经猫之前，为了方便使用坐标引用对应的数组，建立方法

    //根据坐标获取对应的数组元素
    private Dot getDot(int x, int y) {
        return dots[y][x];
    }

初始化神经猫：

    private void initCat() {
        Log.i("INFO---", "调用了initCat");
        cat = getDot(4,5);
        cat.setStatus(Dot.STATUS_IN);
    }

初始化游戏：
每次重新开始游戏，都要调用该方法，重新初始化时，没必要重新初始化数组，只需改变数组中每个元素的STATE就好了，所以我们将initDots放在playground的构造函数时，而把其他三个初始化函数放入initGame中。
记住要按顺序调用函数。

     private void initGame() {
        initStateOn();
        initCat();
        initStateOFF();
    }

    public Playground(Context context) {
        super(context);
        initDots();
        initGame();
    }

数组元素的属性都配置好了，让我们测试一下！

    private void testDots() {
        //测试初始化是否成功
        Log.i("INFO---", "test");
        for (int i = 0; i < ROW; i++) {
            for (int j = 0; j < COL; j++) {
                Log.i("INFO---", dots[i][j].getStatus() + "");
            }
        }
    }

在initGame后调用这个方法，检查一下初始化是否正确！

接下来就可以使用canves和paint进行绘制了！

元素的绘制

首先我们要根据屏幕的尺寸来确定点的半径。
共有两种实现方案。
1> 在MainActivity中获取屏幕尺寸

        public static int screenWidth;

        DisplayMetrics displayMetrics = new DisplayMetrics();
        getWindowManager().getDefaultDisplay().getMetrics(displayMetrics);
        screenWidth = displayMetrics.widthPixels;

    private final int DOT_WIDTH = MainActivity.screenWidth / 11;
    //或者是
    //private final int DOT_WIDTH = (int) (MainActivity.screenWidth * 0.9 / 10);

2> 第二种方法在callback的surfaceChanged的方法的第二个参数width（屏幕宽度）巧妙地获取点的直径

SurfaceHolder.Callback callback = new SurfaceHolder.Callback(){

        @Override
        public void surfaceCreated(SurfaceHolder surfaceHolder) {
        }

        @Override
        public void surfaceChanged(SurfaceHolder surfaceHolder, int format, int width, int height) {
            DOT_WIDTH = width / (COL + 1);
        }

        @Override
        public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder surfaceHolder) {

        }
    };

有了点的直径，我们就可以进行绘制了！

redraw方法

思考：
我们要根据点的属性的不同二给他们绘制不同的颜色，所以，优先考虑使用switch语句。
在游戏中，奇数行的起始位置显然比偶数行的起始位置大一个半径，我们可以使用偏移值来解决这个问题，当为偶数行时，偏移值为0，不骗移，如果为偶数时，偏移值为半径。

 private void redraw() {
        Log.i("INFO---", "调用了redraw进行重绘");

        Canvas canvas = holder.lockCanvas();//获取SurfaceView中的画板
        Paint paint = new Paint();//建立一个新的画笔
        paint.setFlags(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG);//设置画笔为抗锯齿
        canvas.drawColor(Color.WHITE);//绘制背景

        for (int i = 0; i < ROW; i++) {
            int offset = 0;
            if (ROW % 2 != 0) {  //当为奇数行时
                offset = DOT_WIDTH / 2;
            }
            for (int j = 0; j < COL; j++) {
                Dot dot = getDot(i,j);//获取这个dot对象
                switch (dot.getStatus()) {
                    case Dot.STATUS_ON:
                        paint.setColor(Dot.ON_GRAY);
                        break;
                    case Dot.STATUS_IN:
                        paint.setColor(Dot.IN_ORANGE);
                        break;
                    case Dot.STATUS_OFF:
                        paint.setColor(Dot.OFF_RED);
                        break;
                    default:
                        break;
                }
                //因为绘制圆时要提供圆心，较为麻烦，所以使用椭圆
                //参数为椭圆的外接矩形，RectF的参数为左上顶点和右下定点的坐标
                canvas.drawOval(new RectF(dot.getX() * DOT_WIDTH +offset,
                        dot.getY() * DOT_WIDTH,
                        (dot.getX()+1) * DOT_WIDTH + offset,
                        (dot.getY()+1) * DOT_WIDTH),paint);
            }
        }
    //绘制结束后释放绘图 提交绘制的图形
        holder.unlockCanvasAndPost(canvas);
    }

切记，不能在initGame后直接调用redraw方法，这样会使canvas对象为null
因为，如果surfaceCreated没有被调用就lockCanves，就会返回空，需要先创建surface才能使用canves绘制，如果没有surface，就永远不会有canves。

然后在callback方法中调用该方法，初始化游戏界面

SurfaceHolder.Callback callback = new SurfaceHolder.Callback(){//建立CallBack内部类

        @Override
        public void surfaceCreated(SurfaceHolder surfaceHolder) {
            redraw();
        }

        @Override
        public void surfaceChanged(SurfaceHolder surfaceHolder, int format, int width, int height) {
            DOT_WIDTH = width / (COL + 1);
            redraw();
        }

        @Override
        public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder surfaceHolder) {

        }
    };

响应用户的点击

当用户点击灰色的点时，灰色变为红色的路障，神经猫移动一次。
用户点击点阵以外的背景，进行游戏初始化。
用户点击其他点不做处理。
通过判断用户点击的坐标所落得位置，来做相应的颜色处理。
要想响应用户的点击，首先要实现OnTouchListener 并 重写OnTouch方法。

判断用户点击了哪一个元素，并作出相应的处理：

public boolean onTouch(View view, MotionEvent motionEvent) {
        Log.i("INFO---", "调用了onTouch方法 触发了监听");
            if (motionEvent.getAction() == MotionEvent.ACTION_UP) {
                int x,y;
                y = (int) (motionEvent.getY()/DOT_WIDTH );
                if (y % 2 == 0) { 
                    x = (int) (motionEvent.getX()/DOT_WIDTH );
                }else {
                    x = (int) ((motionEvent.getX()-DOT_WIDTH /2)/DOT_WIDTH );
                }

                if (x >= COL || y >= ROW) {  //用户点击点阵以外的背景，进行游戏初始化
                    initGame();
                } else {
                    if (getDot(x, y).getStatus() == Dot.STATUS_ON) {
                        getDot(x, y).setStatus(Dot.STATUS_OFF);
                        move(); //符合条件，神经猫移动一次
                    }
                }
                reDraw();
            }
            return true;
        }

move()方法

给神经猫一个最优的行走路径

我们通过返回cat到边缘的距离或障碍物的距离，来选出最优路径

由图知，神经猫具有6个行走方向，我给他们设置了1-6编号

如果该方向处于边缘，返回1
如果该方向上没有障碍物，返回正数
如果有返回负数

移动cat到dot点：

    private void moveTo(Dot dot) {
        //注意：数组中的对象是不能改变的
        dot.setStatus(Dot.STATUS_IN);
        getDot(cat.getX(), cat.getY()).setStatus(Dot.STATUS_ON);//把猫的位置变为ON
        cat.setXY(dot.getX(), dot.getY());
    }

判断一点是否在边界：

    private boolean isAtEdge(Dot dot) {
        if (dot.getX() * dot.getY() == 0 || dot.getX() == COL-1 || dot.getY() == ROW-1) {
            return true;
        }else
            return false;
    }

根据方向获取cat某一方向上的相邻点：

    private Dot getNeighbor(Dot dot,int dir) {
        switch (dir) {
            case 1:
                return this.getDot(dot.getX() - 1, dot.getY());
            case 2:
                if (dot.getY() % 2 == 0) {  //这里不用判断周围的点是否存在 因为除了边界的点，其他的点都存在六个相邻点
                    return this.getDot(dot.getX() - 1, dot.getY() - 1);
                } else {
                    return this.getDot(dot.getX(), dot.getY() - 1);
                }
            case 3:
                if (dot.getY() % 2 == 0) {  //这里不用判断周围的点是否存在 因为除了边界的点，其他的点都存在六个相邻点
                    return this.getDot(dot.getX(), dot.getY() - 1);
                } else {
                    return this.getDot(dot.getX() + 1, dot.getY() - 1);
                }
            case 4:
                return this.getDot(dot.getX()+1, dot.getY());
            case 5:
                if (dot.getY() % 2 == 0) {  //这里不用判断周围的点是否存在 因为除了边界的点，其他的点都存在六个相邻点
                    return this.getDot(dot.getX(), dot.getY() + 1);
                } else {
                    return this.getDot(dot.getX() + 1, dot.getY() + 1);
                }
            case 6:
                if (dot.getY() % 2 == 0) {  //这里不用判断周围的点是否存在 因为除了边界的点，其他的点都存在六个相邻点
                        return this.getDot(dot.getX() - 1, dot.getY() + 1);
                } else {
                    return this.getDot(dot.getX(), dot.getY() + 1);
                }
            default:return null;
        }
    }

getDistance 获取该方向上的距离

    private int getDistance(Dot dot, int dir){
        int distance = 0;
        if(isAtEdge(dot)){    // 如果该点在屏幕边缘，直接返回distance即可
            return 1;
        }
        Dot ori = dot,next;
        while (true) {
            next = getNeighbor(ori, dir);     // 将当前点d的某方向的邻居赋值给next
            if(next.getStatus() == Dot.STATUS_OFF){  // 碰到了路障，返回0或负数
                return distance*-1;
            }
            if(isAtEdge(next)){     // 抵达了场景边缘，返回正数
                distance++;     
                return distance;
            }
            distance++;     // 距离自增
            ori = next;     //向该方向移动一次
        }
    }

判断玩家输赢：

    private void win() {
        Toast.makeText(getContext(), "你赢了", Toast.LENGTH_LONG).show();
    }
    private void lose() {
        Toast.makeText(getContext(), "你输了", Toast.LENGTH_LONG).show();
    }

move 根据距离选择最佳路径：

private void move() {
    if (isAtEdge(cat)) {
        lose();return;
    }
    Vector<Dot> avaliable = new Vector<Dot>();//cat可走的neighbor点
    Vector<Dot> positive = new Vector<Dot>(); //返回为正数的neighbor点 即无路障的点
    HashMap<Dot, Integer> al = new HashMap<Dot, Integer>(); 
    for (int i = 1; i < 7; i++) {
        Dot n = getNeighbor(cat, i);
        if (n.getStatus() == Dot.STATUS_ON) {
            avaliable.add(n);   
            al.put(n, i);
            if (getDistance(n, i) > 0) {
                positive.add(n);
            }
        }
    }
    if (avaliable.size() == 0) {
        win();
    }else if (avaliable.size() == 1) {
        moveTo(avaliable.get(0));
    }else{
        Dot best = null;
        if (positive.size() != 0 ) { //正数越小越优
            int min = 999;
            for (int i = 0; i < positive.size(); i++) {
                int a = getDistance(positive.get(i), al.get(positive.get(i)));
                if (a < min) {
                    min = a;
                    best = positive.get(i);
                }
            }
        }else {
            int max = 0;
            for (int i = 0; i < avaliable.size(); i++) {  //负数越大越优
                int k = getDistance(avaliable.get(i), al.get(avaliable.get(i)));
                if (k <= max) {
                    max = k;
                    best = avaliable.get(i);
                }
            }
        }
        moveTo(best);
    }
}

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