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《軟件工程與開發(fā)實踐1》 軟件設計報告 題 目 俄羅斯方塊 學 院 計算機學院 專 業(yè) 計算機科學與技術 班 級 學 號 10109345 學生姓名 其他成員 組 長 指導教師 孫志海 完成日期 2012年6月 1、 軟件設計概述（目的、任務、開發(fā)環(huán)境、參考資料） 俄羅斯方塊游戲?qū)儆诮?jīng)典小游戲，游戲規(guī)則簡單，但又不乏趣味。而計算的一大領域也是游戲，所以，成為游戲開發(fā)者，幾乎是每個編程者的夢想。經(jīng)過大一和大二的學習，我們已經(jīng)掌握了編程基礎。為了提高我們的編程能力，我們就要不斷積累編程經(jīng)驗。 1、 目的：復習和鞏固C/C++編程的基本思想；掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心思想；掌握C/C++中多文件的編寫；初步對了解界面的設計。 2、 任務：完成一個可以運行的游戲。 3、 開發(fā)環(huán)境：C/C++控制臺。 4、 參考資料： [1] 譚浩強.C語言程序設計[M].北京:清華大學出版社.2004.6 [2] 孫鑫\余安萍.VC++深入詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社.2006.6 二、可行性研究、需求分析及分工 這是一個游戲軟件，程序與用戶的交流只在游戲界面上，方塊的產(chǎn)生是隨機的。 3、 軟件設計的基本原理和采用的主要方法與技術 1、方塊類型以下7大類 █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ 每一種方塊都能夠變形，所以在游戲中如何正確打印出方塊的類型是重點，也是難點。我采用的是“相對坐標法”，具體實現(xiàn)參照“實現(xiàn)的過程與步驟”部分。 2、此游戲是簡單的二維游戲，而且區(qū)域恒定不變，所以在存儲游戲的信息時，二維數(shù)組是首選。用數(shù)組元素值模擬當前位置有無方塊。 3、 流程圖如下 到達底部 到達底部, 游戲結(jié)束 到達底部部 結(jié)束 銷行操作 生成下一個下墜物 將新生的下墜物代替舊的“下一 個下墜物“ 將舊的“下一個下墜物”用作當前 下墜物 銷行操作 游戲結(jié)束處理 下降一個單位 開始 4、采用的方法 在控制臺下，光標是左到右，自上而下的，所以要要調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)來控制光標。同理，為了界面的美觀，也要調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)進行顏色控制。 5界面設置 游戲的最大特點就是界面的美觀，由此才能吸引玩家的興趣，因此如何讓界面盡最大限度美觀，是每個游戲程序員努力的目標。這個程序是在VC環(huán)境下基于 C/C++控制臺的，由于VC下沒有像TC下那樣豐富的圖形庫，畫圖就要調(diào)用windows API函數(shù)。但由于我對windowsAPI理解不深，所以畫起圖來還是比較困難。 游戲不僅要求界面美觀，而且還要音樂來襯托，所以在整個程序中，盡量讓方塊的每一個動作與特殊的音樂像對應，此外，最好加上背景音樂。 4、 實現(xiàn)的過程與步驟 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 1、 方塊的存儲 如下圖所示，每一種方塊都由四個小方塊組成，可以按順序編號①、②、③、④，在方塊旋轉(zhuǎn)、輸出、擦出時，可以由第一個方塊位置加上（減去）第二個與第一個的偏移量，從而找到第二個方塊，如此可以方便遍歷四個方塊。 由于方塊屬于寬字符，故在占兩個字節(jié)，輸出的時候占兩位。設①號塊的坐標為(x,y),那么第二塊與它的偏移量的△x=2，△y=0，相對坐標即為(2,0)。同理，③號方塊的相對坐標為(2,1)，④號方塊的坐標為（4,1），特別的，① 號方塊的相對坐標為（0,0),這樣一來，只要知道每一種（7大類，19種）方塊的①號方塊的坐標，就可以通過②、③、④方塊與①號方塊的偏移量而逐個輸出整個方塊。 明白了方塊的輸出，就要用一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲方塊了。19種方塊都由4個小方塊組成，在打印的時候最好能用一個4次的循環(huán)，這樣代碼也顯得簡單。 綜上以上兩點，可以定義結(jié)構(gòu)體 typedef struct _VARY { int vary_x[4]; int vary_y[4]; }VARY; 存儲4個小塊之間x,y坐標之間的相對偏移量。在定義變量的時候初始化成 VARY vary[] ={ {{0, 2, 4, 6}, {0, 0, 0, 0}}, {{0, 0, 0, 0}, {0, -1, -2, -3}}, {{0, 2, 2, 0}, {0, 0, -1, -1}}, {{0, -2, -2, -4},{0 , 0, -1, -1}}, {{0, 0, 2, 2}, {0, -1, -1, -2}}, {{0, 2, 2, 4}, {0, 0, -1, -1}}, {{0, 0, -2, -2}, {0, -1, -1, -2}}, {{0, 0, 2, 4}, {0, -1, 0, 0}}, {{0, 0, 0, 2}, {0, -1, -2, -2}}, {{0, 0, -2, -4}, {0, -1, -1, -1}}, {{0, 2, 2, 2}, {0, 0, -1, -2}}, {{0, 2, 4, 4}, {0, 0, 0, -1}}, {{0, -2, -2, -2},{0, 0, -1, -2}}, {{0, 0, 2, 4}, {0, -1, -1, -1}}, {{0, 0, 0, -2}, {0, -1, -2, -2}}, {{0 , 2, 4, 2} {0, 0, 0, -1}}, {{0, 0, 2, 0}, {0, -1, -1, -2}}, {{0, -2, 0, 2}, {0, -1, -1, -1}}, {{0, 0, -2, 0}, {0, -1, -1, -2}}, }; 這樣，7大類，共19中方塊就全部存儲了，在輸出時只要用一個4次循環(huán)就可以了。 2、控制變形 → 變形 → <1> <2> 如圖所示， <1>種方塊經(jīng)變形得到到<2>種方塊。那么如何才能根據(jù)<1>種方塊快速地找到<2>種方塊，這是關鍵。有方塊的存儲可以聯(lián)想到，在這兒能不能也用相對坐標來存儲呢？可以的！ 如圖所以，設<1>種塊的①號小塊坐標為（x,y），則<2>種塊的①號小塊坐標為（x+2,y-1),其相對偏移量為（2，-1）。這樣一來在當方塊<1>變?yōu)榉綁K<2>時，只需把光標移動到點（x+2,y-1)處即可，然后可以通過一個4次循環(huán)，完整打印出<2>方塊。 明白了控制變形，就要設計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是每一類方塊通過變形產(chǎn)生的子類方塊的目是不定的，如上類方塊變形可生成兩類，但是“山”字形方塊變形，最多可產(chǎn)生4類，而“田”形的只有一類。 所以在存儲變形的相對位置時，還要將7大類方塊變形產(chǎn)生方塊的數(shù)目記下來。綜上，可以定義如下結(jié)構(gòu)體 typedef struct _CONNECTION { int sum; int connection_x[5]; int connection_y[5]; }CONNECTION; 其中，sum用來存儲該類變形產(chǎn)生的方塊數(shù)，connection_x[5]和connection_y[5]用來每一個子類與大類直接的相對位置。由于每一大類變形產(chǎn)生的子類數(shù)目不定，故用一個能容下最大量是數(shù)組。 有了結(jié)構(gòu)體的定義，可以具體定義變量 CONNECTION connection[] = { {2, { -2, 2}, {0, 1}}, {1, {0}, {0}}, {2, {2, -2}, {0, 0}}, {2, { -2, 2}, {0, 0}}, {4, { -2, 0, 4, -2}, {0, 0, -1, 1}}, {4, { -4, 2, -2, 4}, {0, 0, -1, 1}}, {4, { -2, 2, 0, 0}, {0, 0, 0, 0}}, }; 這樣，在連續(xù)變形中，可以通過不斷對sum去余而得到當錢方塊形狀。 3、 用戶界面的存儲 正如前面所說，俄羅斯方塊是個二維游戲，所以很容易想到用二維數(shù)組存儲界面信息。 用數(shù)組元素和界面建立一一對應的關系，在游戲過程中會出現(xiàn)銷行，所以，這就要存儲當前位置有無方塊，如果，為了界面美觀，還要存儲當前位置方塊的顏色。綜上，可以定義一下結(jié)構(gòu)體： typedef struct _BOARD { int x; int y; int color; bool having; }BOARD; 游戲的界面大小根據(jù)開發(fā)者自己定義，這兒用滿格為15*25的區(qū)域，即定義界面面板BOARD board[15][25]; 主要函數(shù) 1、 void choice_direction(int *prev_count) 作用：實現(xiàn)上、下、左、右的選擇。 參數(shù)：旋轉(zhuǎn)次數(shù)指針，用來記錄當前方塊旋轉(zhuǎn)次數(shù)。 實現(xiàn)：根據(jù)_kbhit()函數(shù)判斷當前有無按鍵，若無，則方塊下降；若有，則用switch()判斷是哪個鍵,根據(jù)鍵值修改跟蹤方塊的參數(shù)。 2、void get_depth(int *pdepth) 作用：計算當前方塊可以下降的高度。 參數(shù)：高度值。 實現(xiàn)：由于每個方塊有4個小方塊，而且每個小方塊的上下位置不一，而方塊能夠下降的高度，應該是最小高度，所以應該在4個值里面去最小值。 3、 void check_boundary() 作用：判斷當前方塊是否已處于左右邊界。 實現(xiàn)：同上，方塊有4個小塊，在判斷是否到達邊界時，四個小塊都要判斷。若沒有觸界，則處理左右按鍵引起的水平移動；若已處于邊界，則對左右按鍵引起的參數(shù)值的改變進行復原。 4、 void invilate() 作用：方塊到達底部后數(shù)據(jù)記錄 實現(xiàn)：根據(jù)方塊的類型、坐標，對應對數(shù)組里面的個元素賦值，包括坐標點和顏色值已經(jīng)狀態(tài)量。 5、 遇到的困難與獲得的主要成果 1、方塊的存儲和變形 這個問題我想了好久。開始的時候我想著把19種方塊分開了，但那樣出現(xiàn)的問題就是：豎直下落的時候很簡單，但是如果變形，新方塊的位置怎么確定，鑒于這個問題，最初的方法還是放棄了。 我用“相對偏移法”的靈感來自于指針和尋址。在存儲的時候，第一方塊的位置就相當于是基“地址”，而后面的3個小塊都可以通過加上一個相對值來找到，這與指針和相對尋址不是很相似嗎? 2、 判斷有誤按鍵 開始的時候給按鍵開了一個進程，用來判斷有誤按鍵。但是那樣也有個不足的地方，每一種進程執(zhí)行的時間長度是隨機的，如果不對每個進程進行控制，就會出現(xiàn)“在輸出四個小塊的時候，值輸出了前兩個小塊，CPU就轉(zhuǎn)向判斷有誤按鍵了，而如果這時恰好有按鍵，而且是水平位移鍵，出現(xiàn)的結(jié)果就是部分小塊在左端，部分小塊在右端”的情況，很顯然，這是絕對不可以的。 之前我不知道有_kbhit()這個函數(shù)，我也是在閱讀別人的代碼時發(fā)現(xiàn)這個函數(shù)的。有了這個函數(shù)，就不用開線程了，也不用去控制線程了，程序簡潔多了。 3、 獲取方塊可以下落的高度 如前面函數(shù)聲明里所說，方塊下落的高度要去最小值。但是隨著水平按鍵，導致方塊的左右移動，方塊能夠下降的高度隨時都在變。也可以用另一個線程獲取下降高度，但不好的情況和用線程判斷按鍵類似，所以我的處理就是在每一次方塊的位置改變時，都調(diào)用獲取高度的函數(shù)。 4、 方塊的下落 方塊下落的高度有獲取高度函數(shù)確定。但是會有一種極端情況出現(xiàn)，如下所示： 方塊道道第3列上方時，它能下降的高度已經(jīng)是0，但是如果在它到到第3列上方，隨后立即按了水平右移鍵，那么，它能下降的高度至少是4，而不是0。因此一味得說能下降的高度是0時，它就停止下降，顯然是不對的。下降高度是0時，下降函數(shù)就馬上執(zhí)行完了，至少是跳出了下降循環(huán)，所以就要想辦法，在在下降函數(shù)執(zhí)行馬上結(jié)束時，再一次判定它的能夠下降的高度，如果高度不是0，那就再次調(diào)用下降函數(shù)（它自己），也就是遞歸，如果下降高度還是0，那么這個方塊就落到底部了。 采用這種方法可以很好的解決在水平移動時的類似問題。但是這種方法也有個不足就是，如果當方塊已經(jīng)到底了，這時仍然按了水平移動鍵，而此時，它又滿足水平移動的要求，那么他就反復遞歸了，遞歸棧越來越深，只有累計時間溢出時，下一個方塊才能落下。 5、 多文件編寫 以前寫程序都是一main到底，多文件的。初次試著用多文件編寫，遇到的主要問題是全局變量的存放。 在多文件編寫中，變量，尤其的全局變量的定義和引用顯得不那么精簡。很多人可能會想，把全局變量放在一個*.h文件中，然后在以后的調(diào)用中只要include一下不就可以了？想想也有道理，include不就是把*.h原封不動的復制過來嗎？但是，這樣存在一個問題。加入定義了10個全局變量，而在具體一個*.c文件中我只用其中一個。如果用include把全局變量全都包含進來。那利用率不就才是10%嗎。而且C語言常用于嵌入式，如果每個文件都include一個全局變量頭文件，那么這些變量就被分配 一次內(nèi)存，這對嵌入式來說肯定是致命的；另外，如果有很多個文件都include了全局變量的頭文件，編譯器要跟蹤每一個文件對其中一個變量的更改，這對編譯器來說也是吃不消的。 所以便有了*.c和*.h的區(qū)別。 很多人都知道聲明和定義的區(qū)別——一個分配內(nèi)存，一個不分配內(nèi)存，而且函數(shù)的聲明和定義更是顯而易見，但是對于變量的聲明和定義，就顯得有些模糊不清。由于如上所述的種種原因，C語言中全局變量放在*.c文件，而不放在*.h文件。這樣一來，*.h文件好像無用武之地了，非也。我們經(jīng)常見到#include "****.h"，但有誰見過#include "***.c"嗎？所以*.h文件用來聲明，*.c文件用來實現(xiàn)，在調(diào)用處用extern聲明。 1、普通變量定義成全局變量 如果是普通類型，完全可以不用*.h文件，直接在*.c文件中定義，在調(diào)用文件處用extern 聲明，因為對于普通類型，編譯器是可以識別的。比如在一個 my.c文件中，我定義了char name[10];那么在別的文件中只要用extern char name[]（由于是聲明，一位數(shù)組可以省略大小，但不建議用指針，比較指針和數(shù)組是兩回事）外部聲明就可以了，告訴編譯器這個變量我已經(jīng)定義過了，具體怎樣，你慢慢找吧。這符合常理，因為char是編譯器能自主識別的類型。 2、自定義結(jié)構(gòu)體類型定義成全局變量 不同于普通類型，如果不預先通知編譯器，編譯器是不會識別你自定義的類型的。這個時候，*.h文件便出現(xiàn)了。不是定義結(jié)構(gòu)類型不占內(nèi)存嗎？那好，我大結(jié)構(gòu)體的定義放在*.h文件中，這樣一來，無論你incude無數(shù)次，內(nèi)存都不會被占用的。而且這樣還有個好處，在別的文件中可以include這個*.h文件，這樣，在這個文件中，編譯器就可以識別你的自定義類型了，目的不就達到了？ 假如我在global.h中定義了 typedef struct _POSITION { int x; int y; }POSITION; 那么我可以在一個global.c文件中實現(xiàn)全局變量的定義，不過要include那個*.h文件，比如 /* ***global.c ******* */ include “global.h” POSITION current; 這樣就定義了cunrrent這個變量，在別的文件中引用這個變量時，只要extern POSITION current；進行聲明，然后就可以用了，不過這個文件也還得include "global.h" 因為如果不包含，在這個文件中是不識別POSITION類型的。 所得：首先，在整個程序中，我決定最大的兩點在于那兩個結(jié)構(gòu)體的定義，我想，這才是我們學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義。學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不是讓我們寫一個堆?；蛘呤擎湵?，而是要學會分析，將問題抽象提煉出來，根據(jù)問題自己定義一個結(jié)構(gòu)。然后，在這個程序中，好幾個系統(tǒng)函數(shù)都是我在閱讀別人代碼時看到的，由此可見交流的重要性。最后，分析問題一定要嚴謹，在這個調(diào)試這個程序的時候，就在水平移動、落地的時候，出現(xiàn)過很多bug，我也是費了好久才調(diào)試過來，所以，分析問題一定要嚴謹。 6、 測試與運行記錄 程序測試結(jié)果良好，但不能排除bug的可能。程序第一次執(zhí)行時會出現(xiàn) <1> <2> 用于選擇保存成績的路徑，界面<1>，因為此后程序在運行時，都要打印當前的最高分，所以就要把每一次的最好分存儲起來，程序下次運行時，直接從這個文件中讀取最高分。 存儲分數(shù)路徑選擇好后，接著會出現(xiàn)界面<2>，一個簡單的啟動畫面，只需按任意鍵即可進入游戲。 游戲界面如下，左面為游戲主界面，右面有三行，第一行 用于顯示下一個方塊；第二行用于顯示當前用戶的得分，已經(jīng)在這臺PC機上的最高分；第三行是游戲說明以及作者信息。 7、 結(jié)果分析與小結(jié) 在統(tǒng)計分數(shù)時，一次銷的行越多，得到分數(shù)越多。一次1行的1分；一次兩行的3分；一次3行的6分；一次4行得10分。在級數(shù)統(tǒng)計時， [1，20）為一級；[20，50)為二級；[50，90）為三級；[90，140）為四級；[140，+∞ ）為五級。 小結(jié)： 俄羅斯方塊是經(jīng)典游戲，也是每一個程序員必須編寫的程序之一。但是編程就像寫文章，不同的人有不同的思想，實現(xiàn)的算法也就不盡相同，通過編寫這個小游戲，首先要學會獨立思考，將實際問題抽象成程序。這點很重要比如對方塊存儲的結(jié)構(gòu)體的定義，方塊編寫前后的聯(lián)系，以及最后極端情況的調(diào)試。這些情況都和對問題的分析理解有著很大的關系，所以，要學會分析問題。 在這個程序中，有幾個函數(shù)是我初次使用，以前也不知道那些函數(shù)。C/C++提供了豐富的庫函數(shù)，熟練掌握那些函數(shù)，是一個優(yōu)秀程序員最基本的要求，但是我們不能去死記硬背，而且我們也不知道到底有那些庫函數(shù)。所以，我們要通過大量的實踐來熟悉這些函數(shù)。閱讀別人代碼、相互交流是一種很好的學習途徑，閱讀別人代碼，你可能會見到那些你不知道的函數(shù)，相互交流，你就能知道別人對這個問題的想法，這樣一來，取長補短，我們進步的就更快了。 8、 附錄（軟件配置、含注釋的的程序模塊核心代碼） 軟件配置：只能在windows下運行。 軟件缺陷：跟別的軟件一樣，這個軟件也有缺陷，也有bug，主要表現(xiàn)在： 1、 背景音樂的播放 程序中用PlaySound()來打開一個wav音樂作為背景音樂，而方塊到達底部或者變形時又要打開另一個wav音樂。傳統(tǒng)DOS程序是單線程的，而且揚聲器只有一個，因此，若要同時打開兩個音樂，就要用多線程操作，即執(zhí)行一個時把另一個掛起。但是播放音樂又和普通函數(shù)的調(diào)用不太一樣，普通函數(shù)掛起，只需一個延時函數(shù)即可，而音樂的播放又不同，因為音樂一旦打開，要么就繼續(xù)播放，要么就終止播放想保存播放的位置而下次繼續(xù)播放，對我來說有點難度，至今還沒解決。