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C++很有趣：編寫一個(gè)井字游戲(TicTacToe)

這個(gè)有趣的C++系列打算展示一下使用C++寫代碼可以和其他主流語(yǔ)言一樣高效而有趣。在第二部分，我將向你展示使用C++從無(wú)到有的創(chuàng)建一個(gè)井字游戲。這篇文章，以及整個(gè)系列都是針對(duì)那些想學(xué)習(xí)C++或者對(duì)這個(gè)語(yǔ)言性能好奇的開發(fā)者。

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許多年輕人想學(xué)習(xí)編程來(lái)寫游戲。C++是用的最多的用來(lái)寫游戲的語(yǔ)言，盡管在寫出下個(gè)憤怒的小鳥之前，需要學(xué)會(huì)很多的編程經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)井子游戲是開始學(xué)習(xí)的一個(gè)好選擇，事實(shí)上，在許多年前我開始學(xué)習(xí)C++后，他是我寫的地一個(gè)游戲。我希望這篇文章可以幫助到那些還不熟悉C++的初學(xué)者和有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者。

我使用的是Visual Studio 2012來(lái)寫這篇文章的源代碼。

游戲介紹

如果你沒(méi)有玩過(guò)井字游戲或者并不熟悉這個(gè)游戲,下面是來(lái)自維基百科的描述.

井字游戲 (或者"圈圈和叉叉",Xs and Os) 是一個(gè)兩人的紙筆游戲,兩個(gè)人輪流在3X3的網(wǎng)格內(nèi)畫圈和叉. 當(dāng)一名玩家放置的標(biāo)志在水平,垂直或者對(duì)角線上成一條線即獲得勝利.

這個(gè)游戲也可以人機(jī)對(duì)戰(zhàn),先手不固定.

創(chuàng)建這個(gè)程序的時(shí)候有2個(gè)關(guān)鍵的東西:程序的邏輯和程序的UI界面. 有許多在windows中創(chuàng)建用戶UI的方法, 包括 Win32 API, MFC, ATL, GDI+, DirectX, etc. 在這篇文章中,我將展示使用多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)同一個(gè)程序邏輯. 我們將新建2個(gè)應(yīng)用, 一個(gè)使用 Win32 API 另一個(gè)使用 C++/CX.

游戲邏輯

如果一個(gè)玩家在網(wǎng)格上放下一個(gè)標(biāo)記時(shí)，遵循幾個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則，那他就可以玩一個(gè)完美的游戲（意味著贏或者平局）。在Wikipedia上寫有這些規(guī)則，在里面你也可以找到先手玩家的最優(yōu)策略。

在xkcd drawing上有先手和后手玩家的最優(yōu)策略。盡管有幾個(gè)錯(cuò)誤（在幾種情況下沒(méi)有走必勝的步驟，至少在一個(gè)情況下丟失了一個(gè)X標(biāo)記），我將使用這個(gè)版本作為游戲策略（修復(fù) 了那些我能找到的錯(cuò)誤）。記住電腦總是玩一個(gè)完美的游戲。如果你實(shí)現(xiàn)了這樣一個(gè)游戲，你可能也想讓用戶贏，這種情況下你需要一個(gè)不同的方法。當(dāng)對(duì)本文的目的，這個(gè)策略應(yīng)該足夠了。

提出的第一個(gè)問(wèn)題是在C++程序中用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示圖像的模型。這可以有不同的選擇，比如樹、圖、數(shù)組或者位字段（如果真有人對(duì)內(nèi)存消耗很在意）。網(wǎng) 格有9個(gè)單元，我選擇的最簡(jiǎn)單的使用對(duì)每個(gè)單元使用一個(gè)包含9個(gè)整數(shù)的數(shù)組：0表示空的單元，1表示單元被標(biāo)記為X，2表示單元被標(biāo)記為O。讓我們看下圖以及它將被如何編碼。

這幅圖可以這么理解：

在單元（0,0）放X。網(wǎng)格可以編碼為：1,0,0,0,0,0,0,0,0
如果對(duì)手在單元（0,1）放置O，那么在單元（1,1）放置X?，F(xiàn)在網(wǎng)格編碼為：1,2,0,0,1,0,0,0,0
如果對(duì)手在單元（0,2）放置O，那么在單元（2,2）放置X?，F(xiàn)在網(wǎng)格編碼為：1,2,2,0,1,0,0,0,1
如果對(duì)手在單元（2,2）放置O，那么在單元（2,0）放置X?，F(xiàn)在網(wǎng)格編碼為：1,2,0,0,1,0,1,0,2。這時(shí)，無(wú)論對(duì)手怎么做，X都將贏得比賽。
如果對(duì)手在單元（0,2）放置O，那么在單元（1,0）放置X?，F(xiàn)在網(wǎng)格編碼為：1,2,2,1,1,0,1,0,2。這表示的是一個(gè)贏得比賽的一步。

記住這個(gè)我們就可以開始在程序中對(duì)其編碼了。我們將使用一個(gè)std::array來(lái)表示一個(gè)9格板。這是個(gè)固定大小的容器，在編譯時(shí)就已知的大小，在連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域存儲(chǔ)元素。為了避免一遍又一遍的使用相同數(shù)組類型，我將定義一個(gè)別名來(lái)簡(jiǎn)化。

 
 
 
 
  
  
  
  #include 
  
  
  
  
  
  
  
  typedef std::array tictactoe_status;

上面描述的最優(yōu)策略用這樣的數(shù)組隊(duì)列（另一個(gè)數(shù)組）來(lái)表示。

 
 
 
 
  
  
  
  tictactoe_status const strategy_x[] = 
  
  
  
  {
  
  
  
     {1,0,0,0,0,0,0,0,0},
  
  
  
     {1,2,0,0,1,0,0,0,0},
  
  
  
     {1,2,2,0,1,0,0,0,1},
  
  
  
     {1,2,0,2,1,0,0,0,1},
  
  
  
     // ...
  
  
  
  };
  
  
  
  
  
  
  
  tictactoe_status const strategy_o[] = 
  
  
  
  {
  
  
  
     {2,0,0,0,1,0,0,0,0},
  
  
  
     {2,2,1,0,1,0,0,0,0},
  
  
  
     {2,2,1,2,1,0,1,0,0},
  
  
  
     {2,2,1,0,1,2,1,0,0},
  
  
  
     // ...
  
  
  
  };

#p#

strategy_x是先手玩家的最優(yōu)策略，strategy_o是后手玩家的最優(yōu)策略。如果你看了文中的源代碼，你將注意到這兩個(gè)數(shù)組的真實(shí)定義和我前面展示的不同。

 
 
 
 
  
  
  
  tictactoe_status const strategy_x[] = 
  
  
  
  {
  
  
  
  #include "strategy_x.h"
  
  
  
  };
  
  
  
  
  
  
  
  tictactoe_status const strategy_o[] = 
  
  
  
  {
  
  
  
  #include "strategy_o.h"
  
  
  
  };

這是個(gè)小技巧，我的理由是，它允許我們把真實(shí)的很長(zhǎng)的數(shù)組內(nèi)容放在分開的文件中（這些文件的擴(kuò)展性不重要，它可以不僅僅是C++頭文件，也可以是其他任何文件），保證源碼文件和定義簡(jiǎn)單干凈。strategy_x.h和strategy_o.h文件在編譯的預(yù)處理階段就被插入到源碼文件中，如同正常的頭文件一樣。下面是strategy_x.h文件的片斷。

 
 
 
 
  
  
  
  // http://imgs.xkcd.com/comics/tic_tac_toe_large.png
  
  
  
  // similar version on http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/Tictactoe-X.svg
  
  
  
  // 1 = X, 2 = O, 0 = unoccupied
  
  
  
  
  
  
  
  1,0,0,0,0,0,0,0,0,
  
  
  
  
  
  
  
  1,2,0,0,1,0,0,0,0,
  
  
  
  1,2,2,0,1,0,0,0,1,
  
  
  
  1,2,0,2,1,0,0,0,1,
  
  
  
  1,2,0,0,1,2,0,0,1,

你應(yīng)該注意到，如果你使用支持C++11的編譯器，你可以使用一個(gè)std::vector而不是C類型的數(shù)組。Visual Studio 2012不支持這么做，但在Visual Studio 2013中支持。

 
 
 
 
  
  
  
  std::vector strategy_o = 
  
  
  
  {
  
  
  
     {2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0},
  
  
  
     {2, 2, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0},
  
  
  
     {2, 2, 1, 2, 1, 0, 1, 0, 0},
  
  
  
     {2, 2, 1, 0, 1, 2, 1, 0, 0},
  
  
  
     {2, 2, 1, 1, 1, 0, 2, 0, 0},
  
  
  
  };

為了定義這些數(shù)字表示的對(duì)應(yīng)玩家，我定義了一個(gè)叫做tictactoe_player的枚舉類型變量。

 
 
 
 
  
  
  
  enum class tictactoe_player : char
  
  
  
  {
  
  
  
     none = 0,
  
  
  
     computer = 1,
  
  
  
     user = 2,
  
  
  
  };

游戲的邏輯部分將會(huì)在被稱之為tictactoe_game 的類中實(shí)現(xiàn)。最基本的，這個(gè) class 應(yīng)該有下面的狀態(tài)：

一個(gè)布爾值用來(lái)表示游戲是否開始了，命名為 started 。
游戲的當(dāng)前狀態(tài)(網(wǎng)格上的標(biāo)記), 命名為 status 。
根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)得到的之后可以進(jìn)行的下法的集合，命名為strateg

 
 
 
 
  
  
  
  class tictactoe_game
  
  
  
  {
  
  
  
     bool started;
  
  
  
     tictactoe_status status;
  
  
  
     std::set strategy;
  
  
  
     
  
  
  
     // ...
  
  
  
  };

在游戲的過(guò)程中，我們需要知道游戲是否開始了、結(jié)束了，如果結(jié)束了，需要判定是否有哪個(gè)玩家贏了或者最終兩個(gè)人打平。為此，tictactoe_game類提供了三個(gè)方法：

is_started()來(lái)表示游戲是否開始了
is_victory()來(lái)檢查是否有哪位玩家在游戲中獲勝
is_finished()來(lái)檢查游戲是否結(jié)束。當(dāng)其中某位玩家在游戲中獲勝或者當(dāng)網(wǎng)格被填滿玩家不能再下任何的棋子的時(shí)候，游戲結(jié)束。

 
 
 
 
  
  
  
  bool is_started() const {return started;}
  
  
  
  bool is_victory(tictactoe_player const player) const {return is_winning(status, player);}
  
  
  
  bool is_finished() const 
  
  
  
  {

對(duì)于方法is_victory()和is_finished()，實(shí)際上是依賴于兩個(gè)私有的方法，is_full(), 用來(lái)表示網(wǎng)格是否被填滿并且不能再放下任何的棋子，以及方法is_winning, 用來(lái)表示在該網(wǎng)格上是否有某玩家勝出。它們的實(shí)現(xiàn)將會(huì)很容易被讀懂。is_full 通過(guò)計(jì)算網(wǎng)格中空的(在表示網(wǎng)格的數(shù)組中值為0)格子的數(shù)量，如果沒(méi)有這樣的格子那么將返回true。is_winning將會(huì)檢查這些連線，網(wǎng)格的行、列、以及對(duì)角線，依此來(lái)查看是否有哪位玩家已經(jīng)獲勝。

 
 
 
 
  
  
  
  bool is_winning(tictactoe_status const & status, tictactoe_player const player) const
  
  
  
  {
  
  
  
     auto mark = static_cast(player);
  
  
  
     return 
  
  
  
        (status[0] == mark && status[1] == mark && status[2] == mark) ||
  
  
  
        (status[3] == mark && status[4] == mark && status[5] == mark) ||
  
  
  
        (status[6] == mark && status[7] == mark && status[8] == mark) ||
  
  
  
        (status[0] == mark && status[4] == mark && status[8] == mark) ||
  
  
  
        (status[2] == mark && status[4] == mark && status[6] == mark) ||
  
  
  
        (status[0] == mark && status[3] == mark && status[6] == mark) ||
  
  
  
        (status[1] == mark && status[4] == mark && status[7] == mark) ||
  
  
  
        (status[2] == mark && status[5] == mark && status[8] == mark);
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  bool is_full(tictactoe_status const & status) const 
  
  
  
  {
  
  
  
     return 0 == std::count_if(std::begin(status), std::end(status), [](int const mark){return mark == 0;});
  
  
  
  }

當(dāng)一個(gè)玩家獲勝的時(shí)候，我們想給他所連成的線(行、列、或者對(duì)角線)上畫一條醒目的線段。因此首先我們得知道那條線使得玩家獲勝。我們使用了方法get_winning_line()來(lái)返回一對(duì) tictactoe_cell，用來(lái)表示線段的兩端。它的實(shí)現(xiàn)和is_winning很相似，它檢查行、列和對(duì)角線上的狀態(tài)。它可能會(huì)看起來(lái)有點(diǎn)冗長(zhǎng)，但是我相信這個(gè)方法比使用循環(huán)來(lái)遍歷行、列、對(duì)角線更加簡(jiǎn)單。

 
 
 
 
  
  
  
  struct tictactoe_cell
  
  
  
  {
  
  
  
     int row;
  
  
  
     int col;
  
  
  
  
  
  
  
     tictactoe_cell(int r = INT_MAX, int c = INT_MAX):row(r), col(c)
  
  
  
     {}
  
  
  
  
  
  
  
     bool is_valid() const {return row != INT_MAX && col != INT_MAX;}
  
  
  
  };
  
  
  
  
  
  
  
  std::pair const get_winning_line() const
  
  
  
  {
  
  
  
     auto mark = static_cast(tictactoe_player::none);
  
  
  
     if(is_victory(tictactoe_player::computer))
  
  
  
        mark = static_cast(tictactoe_player::computer);
  
  
  
     else if(is_victory(tictactoe_player::user))
  
  
  
        mark = static_cast(tictactoe_player::user);
  
  
  
  
  
  
  
     if(mark != 0)
  
  
  
     {
  
  
  
        if(status[0] == mark && status[1] == mark && status[2] == mark) 
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(0,2));
  
  
  
        if(status[3] == mark && status[4] == mark && status[5] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(1,0), tictactoe_cell(1,2));
  
  
  
        if(status[6] == mark && status[7] == mark && status[8] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(2,0), tictactoe_cell(2,2));
  
  
  
        if(status[0] == mark && status[4] == mark && status[8] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(2,2));
  
  
  
        if(status[2] == mark && status[4] == mark && status[6] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,2), tictactoe_cell(2,0));
  
  
  
        if(status[0] == mark && status[3] == mark && status[6] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(2,0));
  
  
  
        if(status[1] == mark && status[4] == mark && status[7] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,1), tictactoe_cell(2,1));
  
  
  
        if(status[2] == mark && status[5] == mark && status[8] == mark)
  
  
  
           return std::make_pair(tictactoe_cell(0,2), tictactoe_cell(2,2));
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return std::make_pair(tictactoe_cell(), tictactoe_cell());
  
  
  
  }

#p#

現(xiàn)在我們只剩下添加開始游戲功能和為網(wǎng)格放上棋子功能(電腦和玩家兩者).

對(duì)于開始游戲，我們需要知道，由誰(shuí)開始下第一個(gè)棋子，因此我們可以采取比較合適的策略（兩種方式都需要提供，電腦先手或者玩家先手都要被支持）。同時(shí)，我們也需要重置表示網(wǎng)格的數(shù)組。方法start()對(duì)開始新游戲進(jìn)行初始化?？梢韵碌钠宓牟呗缘募媳辉僖淮蔚某跏蓟? 從stategy_x 或者strategy_o進(jìn)行拷貝。從下面的代碼可以注意到，strategy是一個(gè)std::set, 并且strategy_x或者strategy_o都是有重復(fù)單元的數(shù)組，因?yàn)樵趖ictoctoe表里面的一些位置是重復(fù)的。這個(gè)std::set 是一個(gè)只包含唯一值的容器并且它保證了唯一的可能的位置(例如對(duì)于strategy_o來(lái)說(shuō)，有一半是重復(fù)的)。中的std::copy算法在這里被用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)單元的拷貝，將當(dāng)前的內(nèi)容拷貝到std::set中，并且使用方法assign()來(lái)將 std::array的所有的元素重置為0。

 
 
 
 
  
  
  
  void start(tictactoe_player const player)
  
  
  
  {
  
  
  
     strategy.clear();
  
  
  
     if(player == tictactoe_player::computer)
  
  
  
        std::copy(std::begin(strategy_x), std::end(strategy_x), 
  
  
  
                  std::inserter(strategy, std::begin(strategy)));
  
  
  
     else if(player == tictactoe_player::user)
  
  
  
        std::copy(std::begin(strategy_o), std::end(strategy_o), 
  
  
  
                  std::inserter(strategy, std::begin(strategy)));
  
  
  
                  
  
  
  
     status.assign(0);
  
  
  
     
  
  
  
     started = true;
  
  
  
  }

當(dāng)玩家走一步時(shí)，我們需要做的是確保選擇的網(wǎng)格是空的，并放置合適的標(biāo)記。move()方法的接收參數(shù)是網(wǎng)格的坐標(biāo)、玩家的記號(hào)，如果這一步有效時(shí)返回真，否則返回假。

 
 
 
 
  
  
  
  bool move(tictactoe_cell const cell, tictactoe_player const player)
  
  
  
  {
  
  
  
     if(status[cell.row*3 + cell.col] == 0)
  
  
  
     {
  
  
  
        status[cell.row*3 + cell.col] = static_cast(player);
  
  
  
        
  
  
  
        if(is_victory(player))
  
  
  
        {
  
  
  
           started = false;
  
  
  
        }
  
  
  
        
  
  
  
        return true;
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return false;
  
  
  
  }

電腦走一步時(shí)需要更多的工作，因?yàn)槲覀冃枰业诫娔X應(yīng)該走的最好的下一步。重載的move()方法在可能的步驟（策略）集合中查詢，然后從中選擇最佳的一步。在走完這步后，會(huì)檢查電腦是否贏得這場(chǎng)游戲，如果是的話標(biāo)記游戲結(jié)束。這個(gè)方法返回電腦走下一步的位置。

 
 
 
 
  
  
  
  tictactoe_cell move(tictactoe_player const player)
  
  
  
  {
  
  
  
     tictactoe_cell cell;
  
  
  
  
  
  
  
     strategy = lookup_strategy();
  
  
  
  
  
  
  
     if(!strategy.empty())
  
  
  
     {
  
  
  
        auto newstatus = lookup_move();
  
  
  
  
  
  
  
        for(int i = 0; i < 9; ++i)
  
  
  
        {
  
  
  
           if(status[i] == 0 && newstatus[i]==static_cast(player))
  
  
  
           {
  
  
  
              cell.row = i/3;
  
  
  
              cell.col = i%3;
  
  
  
              break;
  
  
  
           }
  
  
  
        }
  
  
  
  
  
  
  
        status = newstatus;
  
  
  
  
  
  
  
        if(is_victory(player))
  
  
  
        {
  
  
  
           started = false;
  
  
  
        }
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return cell;
  
  
  
  }

lookup_strategy()方法在當(dāng)前可能的移動(dòng)位置中迭代，來(lái)找到從當(dāng)前位置往哪里移動(dòng)是可行的。它利用了這樣的一種事實(shí)，空的網(wǎng)格以0來(lái)表示，任何已經(jīng)填過(guò)的網(wǎng)格，不是用1就是用2表示,而這兩個(gè)值都大于0。一個(gè)網(wǎng)格的值只能從0變?yōu)?或者2。不可能從1變?yōu)?或從2變?yōu)?。

當(dāng)游戲開始時(shí)的網(wǎng)格編碼為0,0,0,0,0,0,0,0,0來(lái)表示并且當(dāng)前情況下任何的走法都是可能的。這也是為什么我們要在thestart()方法里把整個(gè)步數(shù)都拷貝出來(lái)的原因。一旦玩家走了一步，那能走的步數(shù)的set便會(huì)減少。舉個(gè)例子，玩家在第一個(gè)格子里走了一步。此時(shí)網(wǎng)格編碼為 1,0,0,0,0,0,0,0,0。這時(shí)在數(shù)組的第一個(gè)位置不可能再有0或者2的走法因此需要被過(guò)濾掉。

 
 
 
 
  
  
  
  std::set tictactoe_game::lookup_strategy() const
  
  
  
  {
  
  
  
     std::set nextsubstrategy;
  
  
  
  
  
  
  
     for(auto const & s : strategy)
  
  
  
     {
  
  
  
        bool match = true;
  
  
  
        for(int i = 0; i < 9 && match; ++i)
  
  
  
        {
  
  
  
           if(s[i] < status[i])
  
  
  
              match = false;
  
  
  
        }
  
  
  
  
  
  
  
        if(match)
  
  
  
        {
  
  
  
           nextsubstrategy.insert(s);
  
  
  
        }
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return nextsubstrategy;
  
  
  
  }

在選擇下一步時(shí)我們需要確保我們選擇的走法必須與當(dāng)前的標(biāo)記不同，如果當(dāng)前的狀態(tài)是1,2,0,0,0,0,0,0,0而我們現(xiàn)在要為玩家1選擇走法那么我們可以從余下的7個(gè)數(shù)組單元中選擇一個(gè)，可以是：1,2,1,0,0,0,0,0,0或1,2,0,1,0,0,0,0,0... 或1,2,0,0,0,0,0,0,1。然而我們需要選擇最優(yōu)的走法而不是僅僅只隨便走一步，通常最優(yōu)的走法也是贏得比賽的關(guān)鍵。因此我們需要找一步能使我們走向勝利，如果沒(méi)有這樣的一步，那就隨便走吧。

 
 
 
 
  
  
  
  tictactoe_status tictactoe_game::lookup_move() const
  
  
  
  {
  
  
  
     tictactoe_status newbest = {0};
  
  
  
     for(auto const & s : strategy)
  
  
  
     {
  
  
  
        int diff = 0;
  
  
  
        for(int i = 0; i < 9; ++i)
  
  
  
        {
  
  
  
           if(s[i] > status[i])
  
  
  
              diff++;
  
  
  
        }
  
  
  
  
  
  
  
        if(diff == 1)
  
  
  
        {
  
  
  
           newbest = s;
  
  
  
           if(is_winning(newbest, tictactoe_player::computer))
  
  
  
           {
  
  
  
              break;
  
  
  
           }
  
  
  
        }
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     assert(newbest != empty_board);
  
  
  
  
  
  
  
     return newbest;
  
  
  
  }

做完了這一步，我們的游戲的邏輯部分就完成了。更多細(xì)節(jié)請(qǐng)閱讀game.h和game.cpp中的代碼

#p#

一個(gè)用Win32 API實(shí)現(xiàn)的游戲

我將用Win32 API做用戶界面來(lái)創(chuàng)建第一個(gè)應(yīng)用程序。如果你不是很熟悉Win32 編程那么現(xiàn)在已經(jīng)有大量的資源你可以利用學(xué)習(xí)。為了使大家理解我們?nèi)绾蝿?chuàng)建一個(gè)最終的應(yīng)用，我將只講述一些必要的方面。另外，我不會(huì)把每一行代碼都展現(xiàn)并解釋給大家，但是你可以通過(guò)下載這些代碼來(lái)閱讀瀏覽它。

一個(gè)最基本的Win32應(yīng)用需要的一些內(nèi)容：

一個(gè)入口點(diǎn)，通常來(lái)說(shuō)是WinMain，而不是main。它需要一些參數(shù)例如當(dāng)前應(yīng)用實(shí)例的句柄，命令行和指示窗口如何展示的標(biāo)志。
一個(gè)窗口類，代表了創(chuàng)建一個(gè)窗口的模板。一個(gè)窗口類包含了一個(gè)為系統(tǒng)所用的屬性集合，例如類名，class style(不同于窗口的風(fēng)格)，圖標(biāo)，菜單，背景刷，窗口的指針等。一個(gè)窗口類是進(jìn)程專用的并且必須要注冊(cè)到系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)中來(lái)創(chuàng)建一個(gè)窗口。使用RegisterClassEx來(lái)注冊(cè)一個(gè)窗口類。
一個(gè)主窗口，基于一個(gè)窗口類來(lái)創(chuàng)建。使用CreateWindowEx可以創(chuàng)建一個(gè)窗口。
一個(gè)窗口過(guò)程函數(shù)，它是一個(gè)處理所有基于窗口類創(chuàng)建的窗口的消息的方法。一個(gè)窗口過(guò)程函數(shù)與窗口相聯(lián)，但是它不是窗口。
一個(gè)消息循環(huán)。一個(gè)窗口通過(guò)兩種方式來(lái)接受消息：通過(guò)SendMessage，直接調(diào)用窗口過(guò)程函數(shù)直到窗口過(guò)程函數(shù)處理完消息之后才返回，或者通過(guò)PostMessage (或 PostThreadMessage)把一個(gè)消息投送到創(chuàng)建窗口的線程的消息隊(duì)列中并且不用等待線程處理直接返回。因此線程必須一直運(yùn)行一個(gè)從消息隊(duì)列接收消息和把消息發(fā)送給窗口過(guò)程函數(shù)的循環(huán)

你可以在 MSDN 中找到關(guān)于Win 32 應(yīng)用程序如何注冊(cè)窗口類、創(chuàng)建一個(gè)窗口、運(yùn)行消息循環(huán)的例子。一個(gè)Win32的應(yīng)用程序看起來(lái)是這樣的：

 
 
 
 
  
  
  
  int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
  
  
  
  {
  
  
  
     WNDCLASS wc; 
  
  
  
     // set the window class attributes
  
  
  
     // including pointer to a window procedure
  
  
  
     
  
  
  
     if (!::RegisterClass(&wc))
  
  
  
        return FALSE;
  
  
  
        
  
  
  
     HWND wnd = ::CreateWindowEx(...);
  
  
  
     if(!wnd)
  
  
  
        return FALSE;
  
  
  
        
  
  
  
     ::ShowWindow(wnd, nCmdShow); 
  
  
  
     
  
  
  
     MSG msg;
  
  
  
     while(::GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0))
  
  
  
     {
  
  
  
        ::TranslateMessage(&msg);
  
  
  
        ::DispatchMessage(&msg);
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return msg.wParam;   
  
  
  
  }

當(dāng)然，這還不夠，我們還需要一個(gè)窗口過(guò)程函數(shù)來(lái)處理發(fā)送給窗口的消息，比如PAINT消息，DESTORY 消息，菜單消息和其它的一些必要的消息。一個(gè)窗口過(guò)程函數(shù)看起來(lái)是這樣的：

 
 
 
 
  
  
  
  LRESULT WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  
  
  
  {
  
  
  
     switch(message)
  
  
  
     {
  
  
  
     case WM_PAINT:
  
  
  
        {
  
  
  
           PAINTSTRUCT ps;
  
  
  
           HDC dc = ::BeginPaint(hWnd, &ps);
  
  
  
           // paint
  
  
  
           ::EndPaint(hWnd, &ps);
  
  
  
        }
  
  
  
        break;
  
  
  
  
  
  
  
     case WM_DESTROY:
  
  
  
        ::PostQuitMessage(0);
  
  
  
        return 0;
  
  
  
  
  
  
  
     case WM_COMMAND:
  
  
  
        {
  
  
  
           ...
  
  
  
        }
  
  
  
        break;
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return ::DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
  
  
  
  }

我更喜歡寫面向?qū)ο蟮拇a，不喜歡面向過(guò)程，所以我用幾個(gè)類封裝了窗口類、窗口和設(shè)備描述表。你可以在附件的代碼framework.h 和framework.cpp 找到這些類的實(shí)現(xiàn)（它們非常小巧）。

WindowClass類是對(duì)窗口類相關(guān)資源初始化的封裝，在構(gòu)造函數(shù)中，它初始化了WNDCLASSEX 的結(jié)構(gòu)并且調(diào)用 RegisterClassEx 方法。在析構(gòu)函數(shù)中，它通過(guò)調(diào)用 UnregisterClass 移除窗口的注冊(cè)。
Window類是通過(guò)對(duì)HWND封裝一些諸如Create，ShowWindow 和Invalidate的函數(shù)（它們的名字已經(jīng)告訴了你他們是做什么的）。它還有幾個(gè)虛成員代表消息句柄，它們會(huì)被窗口過(guò)程調(diào) 用 (OnPaint,OnMenuItemClicked,OnLeftButtonDown) 。這個(gè)window類將會(huì)被繼承來(lái)并提供具體的實(shí)現(xiàn)。
DeviceContex類是對(duì)設(shè)備描述表（HDC）的封裝。在構(gòu)造函數(shù)中它調(diào)用 BeginPaint 函數(shù)并且在析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用 EndPaint 函數(shù)。

這個(gè)游戲的主要窗口是TicTacToeWindow類，它是從Window類繼承而來(lái)，它重載了虛擬方法來(lái)處理消息，該類的聲明是這樣的：

 
 
 
 
  
  
  
  class TicTacToeWindow : public Window
  
  
  
  {
  
  
  
     HANDLE hBmp0;
  
  
  
     HANDLE hBmpX;
  
  
  
     BITMAP bmp0;
  
  
  
     BITMAP bmpX;
  
  
  
  
  
  
  
     tictactoe_game game;
  
  
  
  
  
  
  
     void DrawBackground(HDC dc, RECT rc);
  
  
  
     void DrawGrid(HDC dc, RECT rc);
  
  
  
     void DrawMarks(HDC dc, RECT rc);
  
  
  
     void DrawCut(HDC dc, RECT rc);
  
  
  
  
  
  
  
     virtual void OnPaint(DeviceContext* dc) override;
  
  
  
     virtual void OnLeftButtonUp(int x, int y, WPARAM params) override;
  
  
  
     virtual void OnMenuItemClicked(int menuId) override;
  
  
  
  
  
  
  
  public:
  
  
  
     TicTacToeWindow();
  
  
  
     virtual ~TicTacToeWindow() override;
  
  
  
  };

#p#

MethodOnPaint(）函數(shù)用來(lái)繪制窗口，它用來(lái)繪制窗口背景，網(wǎng)格線，填充的單元格（如果有的話），如果在游戲結(jié)束，玩家贏了，一條紅線在獲勝行，列或?qū)蔷€的標(biāo)記。為了避免閃爍，我們使用了雙緩沖技術(shù)：創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存設(shè)備文本（通過(guò)調(diào)用toBeginPaint函數(shù)準(zhǔn)備窗口的設(shè)備文本來(lái)匹配），一個(gè)內(nèi)存中的位圖匹配內(nèi)存設(shè)備文本，繪制該位圖，然后用窗口設(shè)備文本來(lái)復(fù)制內(nèi)存設(shè)備文本。

 
 
 
 
  
  
  
  void TicTacToeWindow::OnPaint(DeviceContext* dc)
  
  
  
  {
  
  
  
     RECT rcClient;
  
  
  
     ::GetClientRect(hWnd, &rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
     auto memdc = ::CreateCompatibleDC(*dc);
  
  
  
     auto membmp = ::CreateCompatibleBitmap(*dc, rcClient.right - rcClient.left, rcClient.bottom-rcClient.top);
  
  
  
     auto bmpOld = ::SelectObject(memdc, membmp);
  
  
  
     
  
  
  
     DrawBackground(memdc, rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
     DrawGrid(memdc, rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
     DrawMarks(memdc, rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
     DrawCut(memdc, rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
     ::BitBlt(*dc, 
  
  
  
        rcClient.left, 
  
  
  
        rcClient.top, 
  
  
  
        rcClient.right - rcClient.left, 
  
  
  
        rcClient.bottom-rcClient.top,
  
  
  
        memdc, 
  
  
  
        0, 
  
  
  
        0, 
  
  
  
        SRCCOPY);
  
  
  
  
  
  
  
     ::SelectObject(memdc, bmpOld);
  
  
  
     ::DeleteObject(membmp);
  
  
  
     ::DeleteDC(memdc);
  
  
  
  }

我不會(huì)在這里列出DrawBackground，DrawGridand和 DrawMarksfunctions的內(nèi)容。他們不是很復(fù)雜，你可以閱讀源代碼。DrawMarksfunction使用兩個(gè)位圖，ttt0.bmp和tttx.bmp，繪制網(wǎng)格的痕跡。

我將只顯示如何在獲勝行，列或?qū)蔷€繪制紅線。首先，我們要檢查游戲是否結(jié)束，如果結(jié)束那么檢索獲勝線。如果兩端都有效，然后計(jì)算該兩個(gè)小區(qū)的中心，創(chuàng)建和選擇一個(gè)畫筆（實(shí)心，15像素寬的紅色線）并且繪制兩個(gè)小區(qū)的中間之間的線。

 
 
 
 
  
  
  
  void TicTacToeWindow::DrawCut(HDC dc, RECT rc)
  
  
  
  {
  
  
  
     if(game.is_finished())
  
  
  
     {
  
  
  
        auto streak = game.get_winning_line();
  
  
  
  
  
  
  
        if(streak.first.is_valid() && streak.second.is_valid())
  
  
  
        {
  
  
  
           int cellw = (rc.right - rc.left) / 3;
  
  
  
           int cellh = (rc.bottom - rc.top) / 3;
  
  
  
  
  
  
  
           auto penLine = ::CreatePen(PS_SOLID, 15, COLORREF(0x2222ff));
  
  
  
           auto penOld = ::SelectObject(dc, static_cast(penLine));
  
  
  
  
  
  
  
           ::MoveToEx(
  
  
  
              dc, 
  
  
  
              rc.left + streak.first.col * cellw + cellw/2, 
  
  
  
              rc.top + streak.first.row * cellh + cellh/2,
  
  
  
              nullptr);
  
  
  
  
  
  
  
           ::LineTo(dc,
  
  
  
              rc.left + streak.second.col * cellw + cellw/2,
  
  
  
              rc.top + streak.second.row * cellh + cellh/2);
  
  
  
  
  
  
  
           ::SelectObject(dc, penOld);
  
  
  
        }
  
  
  
     }
  
  
  
  }

主窗口有三個(gè)項(xiàng)目菜單， ID_GAME_STARTUSER在用戶先移動(dòng)時(shí)啟動(dòng)一個(gè)游戲， ID_GAME_STARTCOMPUTER在當(dāng)電腦先移動(dòng)時(shí)啟動(dòng)一個(gè)游戲， ID_GAME_EXIT用來(lái)關(guān)閉應(yīng)用。當(dāng)用戶點(diǎn)擊兩個(gè)啟動(dòng)中的任何一個(gè)，我們就必須開始一個(gè)游戲任務(wù)。如果電腦先移動(dòng)，那么我們應(yīng)該是否移動(dòng)，并且，在所有情況中，都要重新繪制窗口。

 
 
 
 
  
  
  
  void TicTacToeWindow::OnMenuItemClicked(int menuId)
  
  
  
  {
  
  
  
     switch(menuId)
  
  
  
     {
  
  
  
     case ID_GAME_EXIT:
  
  
  
        ::PostMessage(hWnd, WM_CLOSE, 0, 0);
  
  
  
        break;
  
  
  
  
  
  
  
     case ID_GAME_STARTUSER:
  
  
  
        game.start(tictactoe_player::user);
  
  
  
        Invalidate(FALSE);
  
  
  
        break;
  
  
  
  
  
  
  
     case ID_GAME_STARTCOMPUTER:
  
  
  
        game.start(tictactoe_player::computer);
  
  
  
        game.move(tictactoe_player::computer);
  
  
  
        Invalidate(FALSE);
  
  
  
        break;
  
  
  
     }
  
  
  
  }

#p#

現(xiàn)在只剩下一件事了，就是留意在我們的窗口中處理用戶單擊鼠標(biāo)的行為。當(dāng)用戶在我們的窗口客戶區(qū)內(nèi)按下鼠標(biāo)時(shí)，我們要去檢查是鼠標(biāo)按下的地方是在哪一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，如果這個(gè)網(wǎng)格是空的，那我們就把用戶的標(biāo)記填充上去。之后，如果游戲沒(méi)有結(jié)束，就讓電腦進(jìn)行下一步的移動(dòng)。

 
 
 
 
  
  
  
  void TicTacToeWindow::OnLeftButtonUp(int x, int y, WPARAM params)
  
  
  
  {
  
  
  
     if(game.is_started() && !game.is_finished())
  
  
  
     {
  
  
  
        RECT rcClient;
  
  
  
        ::GetClientRect(hWnd, &rcClient);
  
  
  
  
  
  
  
        int cellw = (rcClient.right - rcClient.left) / 3;
  
  
  
        int cellh = (rcClient.bottom - rcClient.top) / 3;
  
  
  
  
  
  
  
        int col = x / cellw;
  
  
  
        int row = y / cellh;
  
  
  
  
  
  
  
        if(game.move(tictactoe_cell(row, col), tictactoe_player::user))
  
  
  
        {
  
  
  
           if(!game.is_finished())
  
  
  
              game.move(tictactoe_player::computer);
  
  
  
  
  
  
  
           Invalidate(FALSE);
  
  
  
        }
  
  
  
     }
  
  
  
  }

最后，我們需要實(shí)現(xiàn)WinMain函數(shù)，這是整個(gè)程序的入口點(diǎn)。下面的代碼與這部分開始我給出的代碼非常相似，不同的之處是它使用了我對(duì)窗口和窗口類進(jìn)行封裝的一些類。

 
 
 
 
  
  
  
  int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
  
  
  
  {
  
  
  
     WindowClass wndcls(hInstance, L"TicTacToeWindowClass", MAKEINTRESOURCE(IDR_MENU_TTT), CallWinProc);   
  
  
  
  
  
  
  
     TicTacToeWindow wnd;
  
  
  
     if(wnd.Create(
  
  
  
        wndcls.Name(), 
  
  
  
        L"Fun C++: TicTacToe", 
  
  
  
        WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU | WS_MINIMIZEBOX, 
  
  
  
        CW_USEDEFAULT, 
  
  
  
        CW_USEDEFAULT, 
  
  
  
        300, 
  
  
  
        300, 
  
  
  
        hInstance))
  
  
  
     {
  
  
  
        wnd.ShowWindow(nCmdShow);
  
  
  
  
  
  
  
        MSG msg;
  
  
  
        while(::GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0))
  
  
  
        {
  
  
  
           ::TranslateMessage(&msg);
  
  
  
           ::DispatchMessage(&msg);
  
  
  
        }
  
  
  
  
  
  
  
        return msg.wParam;
  
  
  
     }
  
  
  
  
  
  
  
     return 0;
  
  
  
  }

雖然我覺得我放在這里的代碼是相當(dāng)?shù)亩绦【福绻悴皇煜in32 API程序設(shè)計(jì)，你仍然可能會(huì)覺得這些代碼有點(diǎn)復(fù)雜。無(wú)論如何，你都一定要清楚的了解對(duì)象的初始化、如何創(chuàng)建一個(gè)窗口、如何處理窗口消息等。但愿你會(huì)覺得下一部分更有趣。

一個(gè)Windows Runtime的游戲app

Windows Runtime是Windows 8引入的一個(gè)新的Windows運(yùn)行時(shí)引擎. 它依附于Win32并且有一套基于COM的API. 為Windows Runtime創(chuàng)建的app通常很糟糕，被人稱為"Windows商店" 應(yīng)用. 它們運(yùn)行在Windows Runtime上, 而不是Windows商店里, 但是微軟的市場(chǎng)營(yíng)銷人員可能已經(jīng)沒(méi)什么創(chuàng)造力了. Windows Runtime 應(yīng)用和組件可以用C++實(shí)現(xiàn)，不管是用Windows Runtime C++ Template Library (WTL) 或者用 C++ Component Extensions (C++/CX)都可以. 在這里我將使用XAML和C++/CX來(lái)創(chuàng)建一個(gè)功能上和我們之前實(shí)現(xiàn)的桌面版應(yīng)用類似的應(yīng)用。

當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)空的Windows Store XAML應(yīng)用時(shí)向?qū)?chuàng)建的項(xiàng)目實(shí)際上并不是空的, 它包含了所有的Windows Store應(yīng)用構(gòu)建和運(yùn)行所需要的文件和配置。但是這個(gè)應(yīng)用的main page是空的。

我們要關(guān)心對(duì)這篇文章的目的，唯一的就是主界面。 XAML代碼可以在應(yīng)用在文件MainPage.xaml中，和背后的MainPage.xaml.h MainPage.xaml.cpp的代碼。，我想建立簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序如下圖。

下面是XAML的頁(yè)面可能看起來(lái)的樣子（在一個(gè)真實(shí)的應(yīng)用中，你可能要使用應(yīng)用程序欄來(lái)操作，如啟動(dòng)一個(gè)新的游戲，主頁(yè)上沒(méi)有按鍵，但為了簡(jiǎn)單起見，我把它們?cè)陧?yè)面上）

 
 
 
 
  
  
  
  
  
  
  
  
    x:Class="TicTacToeWinRT.MainPage"
  
  
  
      xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
  
  
  
      xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
  
  
  
      xmlns:local="using:TicTacToeWinRT"
  
  
  
      xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
  
  
  
      xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
  
  
  
      mc:Ignorable="d">   
  
  
  
     
  
  
  
     
  
  
  
        
  
  
  
           
  
  
  
           <
                                                當(dāng)前名稱：C++很有趣：編寫一個(gè)井字游戲(TicTacToe)                                                

                                                當(dāng)前URL：http://m.fisionsoft.com.cn/article/dhocshc.html

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