《坦克战队》是4399上一个类似英雄联盟/王者荣耀的攻塔守塔游戏。也是我小时候玩过的第一个这种类型的游戏。
游戏任务：指挥自己的坦克，配合己方作战单位，摧毁敌人防御塔和基地，获取胜利。
我花了两个多小时爬取了该游戏的贴图，用C++复现了该游戏的基本功能。
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基本要求完全实现
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扩充要求：
- 图形化界面：基于SFML库
- 多线程技术：基于线程池
- 智能决策：两种索敌策略
- 玩家控制角色：使用鼠标点击
关于4399游戏flash动画的爬取可以参考B站这个UP主分享的视频：Flash反编译swf文件 获取资源
需要使用搜狗/360浏览器。视频中用到的软件可以在github上下载。
注：有些游戏加密工作做得好，爬取不了。
这个框架是我自己设计的，有比较强的个人风格。老师说一般游戏设计是采用MCV+线程模式，后续可以参考改进一下。
- handleInput：处理输入
- update：根据新的输入和历史状态更新输出
- render：展示输出
- 单线程模式下，run()类会循环执行handleInput→update→render
- 采用多线程技术加持的“观察者模式”，可将update设置为一个在不断运行的独立子线程。而handleInput和render为主线程。
void Game::run()
{
threadPool.submit(gameUpdate, this);
while(window.isOpen())
{
handleInput();
render();
}
}
- 游戏在不同阶段应该有不同的界面，但具体操作逻辑不同。全部堆在一个Screen类里定义和实现会让代码相当臃肿。
- 因此我们可定义一个虚基类Screen，派生出三个子类。并在Game类中使用Screen指针实现在这三个子类中的切换。Game类状态机的操作都代理给screen类实现。
void Game::update()
{
sf::Clock clock;
sf::Time timeSinceLastUpdate = sf::Time::Zero;
while (window.isOpen())
{
sf::Time delta = clock.restart();
timeSinceLastUpdate += delta;
while (timeSinceLastUpdate > Game::TimePerFrame)
{
timeSinceLastUpdate -= TimePerFrame;
Game::screen->update(TimePerFrame); //代理给screen类实现
}
}
}
菜单界面，可选择“开始”，“退出”，“操作说明”等。
选择“开始”时，game类里的Screen指针切换指向GameScreen类。
游戏进行时的界面，在初始化时会生成地图，加载所有军事单位，并将其注册到Battlefield类中。
根据player的移动进行视角转移。
游戏结束界面。
MilitaryUnit是一个虚基类，其他所有军事单位都继承该类。此外，游戏中的军事单位有四大行为：移动（move），旋转（rotate），索敌（detect）和攻击（attack）。此处我们充分利用依赖倒置原则，将这四大行为都代理给具体的行为类实现。
class Move
{
public:
Move(float velocity): velocity(velocity) {}
virtual ~Move() = default;
virtual void setRoute(const Route &route) = 0;
virtual void move(MilitaryUnit &unit, sf::Vector2f &destination) = 0;
protected:
float velocity;
};
class PlayerMove: public Move
{
public:
PlayerMove(float velocity): Move(velocity) {}
~PlayerMove() = default;
void setRoute(const Route &route) {}
void move(MilitaryUnit &unit, sf::Vector2f &destination);
};
class SoldierMove: public Move
{
public:
SoldierMove(float velocity): Move(velocity) {}
~SoldierMove() = default;
void setRoute(const Route &route);
void move(MilitaryUnit &unit, sf::Vector2f &destination);
private:
Route route;
void updateDest(const MilitaryUnit &unit, sf::Vector2f &destination);
};碰撞检测比较简单，获取两者几何中心的距离，和它们贴图的半径之和去比较就行。
bool Battlefield::checkUnitCollison(const MilitaryUnit *unit1, const MilitaryUnit *unit2)
{
//玩家和小兵可以重叠，不然太挤
if(unit1->getType() == Type::player || unit2->getType() == Type::player)
{
if(unit1->getType() == soldier || unit2->getType() == Type::soldier)
return false;
}
//同阵营小兵可以重叠，不然太挤
if(unit1->getType() == soldier && unit2->getType() == Type::soldier && unit1->getSide() == unit2->getSide())
return false;
auto r1 = unit1->getRadius();
auto r2 = unit2->getRadius();
return getDistance(unit1, unit2) < r1 + r2;
}对于碰撞处理，我一开始的代码逻辑是：撞到了就停止运动。
但这导致一个问题，即碰撞了以后连后退都不行。
因此需要更换处理方式，碰撞了以后不能停下来，而是往后退一小步。这一小步是肉眼看不出来的，但却可以让对象脱离碰撞状态，以便进行后退和转向。
if(Battlefield::checkCollision(&unit, destination))
{
float length=sqrt((destination.x-currentPos.x)*(destination.x-currentPos.x)
+(destination.y-currentPos.y)*(destination.y-currentPos.y));//必须先把double转成float
if(length == 0) return;
auto direction = sf::Vector2f(destination.x-currentPos.x , destination.y-currentPos.y) / length;
auto xOffset = direction.x*velocity;
auto yOffset = direction.y*velocity;
currentPos.x -= xOffset; //退一步
currentPos.y -= yOffset;
sprite.setPosition(currentPos);
destination = currentPos; //退完就别动了
return;
}需要注意的是，由于我们采用图形化界面实现，游戏是一帧一帧更新的。这意味着游戏中的单位是离散地进行运动的，每帧运动固定的步长offset。这就很可能出现一种情况：即对象和目的地的距离小于最后一步的步长时，会出现在目的地附近来回抖动的情况。
解决方式很简单，再加一个判断逻辑就可以。当对象和目的地的距离小于步长时，直接移动到目的地。
class Rotate
{
public:
Rotate(float omega): omega(omega) {}
bool rotate(MilitaryUnit &unit, const sf::Vector2f &destination);
protected:
float omega;
};所有对象都是那么转，没什么好展开的，此处不作赘述。
class Detect
{
public:
Detect(float FOV): FOV(FOV) {}
virtual ~Detect() = default;
virtual bool detect(MilitaryUnit *self, MilitaryUnit *&target) = 0;
protected:
float FOV;
};
class LockDetect: public Detect
{
public:
LockDetect(float FOV);
~LockDetect() = default;
bool detect(MilitaryUnit *self, MilitaryUnit *&target);
private:
std::default_random_engine random;
};
class MinDetect: public Detect
{
public:
MinDetect(float FOV):Detect(FOV) {}
~MinDetect() = default;
bool detect(MilitaryUnit *self, MilitaryUnit *&target);
struct Enemy{
MilitaryUnit *target;
float distance;
Enemy(MilitaryUnit *target, float distance): target(target), distance(distance) {}
};
struct cmp{
bool operator()(Enemy a, Enemy b){
return a.distance > b.distance;
}
};
};小兵采用的索敌策略。扫描在视野内的敌人，锁定距离自己最近的目标。采用最小堆实现。
bool MinDetect::detect(MilitaryUnit *self, MilitaryUnit *&target)
{
auto units = Battlefield::getUnits();
std::priority_queue<Enemy, std::vector<Enemy>, cmp> enemiesInVision;
for (auto i : units)
{
if(i->isDead())
continue;
if(i->getSide() == self->getSide()) //大水淹了龙王庙
continue;
auto distance = Battlefield::getDistance(self, i);
if(distance < FOV) //检测到了敌人
enemiesInVision.push(Enemy(i,distance));
}
if(enemiesInVision.empty())
{
target = NULL;
return false;
}
target = enemiesInVision.top().target;
return true;
}
防御塔采用的索敌策略。扫描在视野内的敌人，随机选择一个目标（优先小兵）。只要该目标还在视野内，就不改变。直至该目标消失在视野中，再重新选择。
bool LockDetect::detect(MilitaryUnit *self, MilitaryUnit *&target)
{
if(self->isDead()) return false;
Units& units = Battlefield::getUnits();
if((target != NULL) && (!target->isDead()) && (Battlefield::getDistance(self, target) < FOV)) //目标还在视野范围内
return true;
Units enemiesInVision;
enemiesInVision.clear();
for (auto i : units)
{
if(i->isDead())
continue;
if(i->getSide() == self->getSide()) //大水淹了龙王庙
continue;
if(Battlefield::getDistance(self, i) < FOV) //检测到了敌人
enemiesInVision.push_back(i);
}
if(enemiesInVision.empty())
{
target = NULL;
return false;
}
else if(enemiesInVision.size() == 1)
target = enemiesInVision[0];
else
{
std::uniform_int_distribution<int> distribution(0, enemiesInVision.size()-1); //int随机数范围是闭区间，最后得-1
target = enemiesInVision[distribution(random)];
}
return true;
}class Attack
{
public:
Attack(ShellSize size, int ATK, float attackRange, sf::Time attackInterval);
bool attack(MilitaryUnit &attacker, sf::Time delta);
void fire(const MilitaryUnit &attacker, MilitaryUnit &unit);
private:
ShellSize size; //炮弹类型
float ATK; //攻击力
float attackRange; //攻击距离
sf::Time attackInterval; //攻击间隔（攻速）
sf::Time attackClock; //用于判断是否满足攻击间隔
};enum ShellSize
{
large,
medium,
small
};
class Shell
{
public:
Shell(ShellSize size, const MilitaryUnit &attacker, MilitaryUnit *target, int ATK);
void update();
bool isOver(); //完成轰炸任务
bool attack(); //冲！
void hurt(); //造成伤害
void render(sf::RenderWindow& window);
private:
sf::Sprite sprite;
MilitaryUnit *target; //攻击目标
int damage; //预期造成的伤害
bool hit; //击中标志
};bool Attack::attack(MilitaryUnit &attacker, sf::Time delta)
{
auto target = attacker.target;
attackClock += delta;
if(target == NULL || target->isDead()) return false;
if(Battlefield::getDistance(&attacker, target) > attackRange) //超出攻击范围，先凑过去再说
{
attacker.moveDest = target->getPos();
return false;
}
if(attackClock > attackInterval) //满足攻击间隔要求，进行下一次fire
{
attackClock = sf::Time::Zero;
fire(attacker, *target);
target = NULL;
attacker.moveDest = attacker.getPos();
return true;
}
else
{
attacker.moveDest = attacker.getPos();
return false;
}
}
void Attack::fire(const MilitaryUnit &attacker, MilitaryUnit &unit)
{
auto shell = new Shell(size, attacker, &unit, ATK); //每次new一个炮弹来发射
Battlefield::registerShell(shell);
}
- 每个军事单位都要和战场上的其他单位频繁地进行交互。如移动时要进行碰撞检测，看会不会撞到别人；攻击时要判断目标是不是在攻击范围内。这就要求每一个对象要频繁地对战场上的军事单位进行遍历判断。但我们不可能要求每一个对象自己内部存有场上其他对象的信息。因此我们可以设计一个谁都可以访问的公共容器来记录当前场上的所有的对象信息，以便随时读取遍历。
- 当Screen类生成并指向GameScreen类时，游戏开始。此时GameScreen类会初始化并加载游戏开始时的所有军事单位，并将这些单位注册到Battlefield类中。此外，基地每次生成的新士兵也会自动注册到Battlefield类中。有了该容器，我们可以对场上所有军事单位进行统一的内存管理、更新维护和距离统计。
有关线程池的部分我是直接参考基于C++实现线程池这个帖子实现的。关键就是实现一个任务队列和工作线程队列，让该类自动分配线程去执行任务队列里的任务。
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整个程序一共有三个大的线程：update，handleInput和generateSoldiers。三个线程各自不断循环。
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前两个线程是观察者模式中的“布告板”和“气象站”。第三个线程是生产小兵，因为该任务只是周期性地生产小兵，与游戏其他部分无关，因此也设置为一个独立线程。
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在update中，Battlefiled类会并发地开启每一个对象的update，又产生诸多子线程。
......
std::vector<std::future<void>> unitFuture;
std::vector<std::future<void>> shellFuture;
for(auto unit: instance->units)
{
if(unit->isDead())
{
if(unit->getType() == Type::nexus)
{
instance->gameOver = true;
if(unit->getSide() == Blue)
instance->winner = Side::Red;
else
instance->winner = Side::Blue;
}
continue;
}
unitFuture.push_back(threadPool.submit([=]{unit->update(delta);}));
}
for(auto shell: instance->shells)
{
if(shell->isOver()) continue;
shellFuture.push_back(threadPool.submit([=]{shell->update();}));
}
for(size_t i = 0; i < unitFuture.size(); i++)
unitFuture[i].get();
for(size_t i = 0; i < shellFuture.size(); i++)
shellFuture[i].get();
......游戏的窗口往往比游戏地图要小，因此我们需要移动窗口的位置，让窗口跟着玩家的视野移动。
SFML库的window有一个view参数，可以方便地设置窗口所处的位置。
void Game::render()
{
window.clear();
Game::screen->render(window,view);
window.setView(view);
window.display();
}此处我们让窗口随着玩家在y轴上的距离移动。
void GameScreen::render(sf::RenderWindow& window, sf::View &view)
{
backGround.draw(window);
if(player->isDead())
view.setCenter(sf::Vector2f(Parameter::windowWidth/2,Parameter::windowHeight/2));
else
{
if(player->getPos().y < Parameter::windowHeight/2 ||
player->getPos().y > Parameter::mapHeight - Parameter::windowHeight/2)
view.setCenter(sf::Vector2f(Parameter::windowWidth/2, view.getCenter().y));
else
view.setCenter(sf::Vector2f(Parameter::windowWidth/2, player->getPos().y));
}
......
}上文提到，每一个对象都可以执行四种行为，那么这四种行为的先后顺序应该如何规定呢？
此处我定了四条原则：
- 所有单位，在移动时应原地转向，直至头朝向目的地，才能进行移动。
- 所有单位，在将炮筒朝向目标前，不可攻击。
- 所有单位，在攻击时不可移动。
- 侦察与其他三个行为看似独立，但它会判断下一步该做什么。
将其翻译为代码如下：
void Soldier::update(sf::Time delta)
{
if(isDead()) return;
detect();
if(!rotate())
{
if(!attack(delta))
move();
}
}在生产小兵的时候由于要获取贴图，需要频繁地访问外存，这极大降低了代码的运行效率。为了解决这个问题，我又额外设计了一个资源管理类来管理资源。某资源一旦加载过，就存在内存里，无须再到外存去取。
class AssetManager
{
public:
AssetManager();
static sf::Texture& getTexture(const std::string &filename);
static sf::SoundBuffer& getSoundbuffer(const std::string &filename);
static sf::Font& getFont(const std::string &filename);
private:
std::map<std::string, sf::Texture> loadedTextures;
std::map<std::string, sf::SoundBuffer> loadedSbuffers;
std::map<std::string, sf::Font> loadedFonts;
static AssetManager* instance;
};sf::Texture& AssetManager::getTexture(const std::string &filename)
{
auto& loadedTextures=instance->loadedTextures;
auto check=loadedTextures.find(filename);
if(check!=loadedTextures.end()) //若该资源已读取，则直接返回已读取的texture
{
return (*check).second;
}
else //若该资源未读取，则新建一个
{
auto& texture=loadedTextures[filename];
if(!texture.loadFromFile(filename)) std::cout<<"fail to open"<<filename<<std::endl;
// assert(texture.loadFromFile(filename));
return texture;
}
}以生成小兵为例，我们在加载资源时需要调用如下语句：
leftSoldiers[0].setTexture(AssetManager::getTexture("./pictures/redSoldier2.png"));这是一些后续可以努力的方向。不过这只是个大作业，验收完代码就废了。估计以后我也不会再碰它（不是
