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温州大学 数据科学与大数据技术 21 届 第二学期 程序设计课程设计 期末大作业

这是一个使用 C++ 构建的推箱子游戏，游戏内容如下：

# 项目介绍

# 项目背景

最开始我选择制作的游戏是俄罗斯方块，不过感觉俄罗斯方块所涉及到的方面还是太少了，并且难以添加一些新的功能与玩法，于是便决定换个游戏制作。

Tetris

在试玩了网上的一些游戏后，我决定制作一款游戏 —— 涂鸦跳跃 Doodle Jump ，决定尝试面向对象编程，将游戏中的不同元素都分为各个对象进行编写。代码行数接近一千行，代码的可读性仍有待提高。

# 技术支持

所使用的 IDE 是由 royqh1979 所编译的 Dev C++
编译器版本是 GCC 10.3.0

程序代码部分使用了

#include "fstream" //C++ 文件处理库（用于游戏存档和得分记录）
#include "map" //C++ STL 利用红黑树存储键值对（得分记录）
#include "thread" //C++ STL 多线程支持（主要用于获取键盘以及鼠标操作）
#include "iostream" //C++ 标准输入输出库（仅在调试中使用）
#include "Logo.h" // 图形库使用的是虞老师的 LogoC

编译时加入了 -lwinmm 指令以实现播放声音的支持（调用 mciSendString 函数）

# 项目结构

  • image ：包含游戏的图片
    • Land ：地板的图片
    • System ：各个界面的图片以及按钮的图片
    • Theme ：包含四个主题不同的背景和小人
    • Welcome ：开始界面相关图片
  • sounds ：包含游戏中的声音
  • DoodleJump.h : 头文件包含函数的声明
  • DoodleJump.cpp : 对子文件的调用
  • Land.cpp : 包含 Land 类，与地块有关
  • Player.cpp : 包含 Player 类，与小人有关
  • SaveData.cpp : 包含 SaveData 类，存取存档
  • Scene.cpp : 包含 Scene 类，场景有关
  • Welcome.cpp : 包含 Welcome 类，欢迎界面

# 系统设计

# 四个宏定义

#define _Doodle_Jump_Width_ 500 // 游戏窗口宽度
#define _Doodle_Jump_Height_ 800 // 游戏窗口高度
#define _land_num_ 10 // 游戏中所包含的最大地块数量
#define _Gravity_ 0.15 // 重力加速度

# 四种枚举类型

程序使用了较多的枚举类型以提高代码可读性：

enum InterfaceType { // 用于描述程序当前所在的界面
    I_welcome, I_rule1, I_rule2, I_rank, I_option, I_change_name, I_gamerun, I_gamepause, I_gameretry, I_gameover
};
enum DJTheme { // 游戏当前所用的主题名称
    Classic, Jungle, Underwater, Winter
};
enum PlayerStatus { // 玩家所操控的小人所处的状态
    p_left, p_right, fly_left1, fly_right1, fly_left2, fly_right2, rocket_left, rocket_right
};
enum LandType { //LandType：地块的类型
    normal, fragile, broken, broken_over, mvland, landfly, landrocket, mvspring1, landspring1, mvspring2, landspring2
};

# Welcome 类

IMAGE * (*);// 将图片存入该指针所指向的地址（按钮，各子界面图）
InterfaceType interfacetype;// 当前界面类型 
DJtheme themetype;// 当前主题类型
string path, theme, name;// 路径；主题，玩家姓名
thread p_mouseget;// 线程指针
bool bgm, sound_effect;// 背景音乐，音效开关
multimap<int, string, sortcmp> scorerank_map;// 记录排名的函数
Welcome();// 构造函数，负责变量的初始化
void rank_read();// 读取排名
void rank_save();// 写入排名
void change_name();// 改动玩家姓名
void welcome_mouseget();// 捕获开始界面的操作，通常在多线程调用
void main_interface();// 开始界面循环函数
void draw_welcome();// 欢迎界面的绘制
void show_rule();// 规则界面
void show_rank(InterfaceType pre);// 排行榜界面
void show_option(InterfaceType pre);// 设置界面
void show_pauselabel();// 游戏暂停界面
void show_gameover();// 游戏结束界面
void change_theme();// 更改主题函数，调用各类变换主题子函数
void draw_jump();// 开始界面跳动小人
void pauseget_mouse();// 捕获暂停界面的操作，多线程中调用
void game_run();// 游戏运行循环函数

# SaveData 类

void game_save();// 游戏存档
bool game_load();// 游戏继续

# Scene 类

IMAGE * im_bk, im_basicline;// 游戏场景背景图
int direct;// 记录接收的按键
Scene();// 构造函数，负责初始化
void change_theme(string theme, string path);// 更改游戏场景背景图
void draw();// 背景绘制
void PlayBGM(string MusicPath);// 播放背景音乐
void PlayMusic(string MusicPath);// 播放音效
void show();// 调用三个 draw 函数
void updateWithoutInput();// 与输入无关的更新
void updateWithKeyInput();// 与键入有关的更新

# Land 类

IMAGE * (*);// 将图片存入该指针所指向的地址（地面图片）
float land_width, land_height, land_vy;// 地板宽高，地板速度
int score;// 当前成绩
int broken_y;// 记录破碎地板的 y 坐标
struct LandState {// 单个地板的状况
    float middle_x;// 地板中心 x 坐标
    float top_y;// 地板上部 y 坐标（上部是为了判断碰撞方便）
    float vx;// 移动地板移动速度
    LandType landType;// 地板类型
    IMAGE *im_land;// 地板图片，赋图片地址
} land[_land_num_];// 共生成_land_num_个地板
Land(string path);// 构造函数初始化
void retry_clean();// 重新运行游戏时的初始化
void Land_type(int i);// 随机生成地板
void draw();// 绘制地板
void show_topbar();// 绘制顶栏
void updateLandY();// 更新地板
# Player 类


IMAGE * (*);// 将图片存入该指针所指向的地址（玩家图片）
PlayerStatus playerStatus;// 小人当前状态
float x_middle, y_bottom;// 小人中心 x 坐标，底部 y 坐标（方便碰撞判断）
float vx, vy;// 小人水平竖直方向速度
float width, height;// 小人的宽高
float rebound_vy;// 小人反弹的速度
bool isPlayer_yMax, isPlayer_died;// 小人是否到达超过半高，超过半高则小人不动，地面动；判断小人是否死亡
Player(string path, string theme);// 构造函数初始化
void retry_clean();// 重新运行游戏时的初始化
void change_theme(string theme, string path);// 更改主题 (小人)
void draw();// 绘制小人
void moveLeft();// 小人左移显示切换
void moveRight();// 小人右移显示切换
void autoJump();// 回到初始小人
void autoJump_fly();// 小人竹蜻蜓显示切换
void autoJump_rocket();// 小人火箭显示切换
void JudgeisPlayer_yMax();// 判断小人是否达到半高
void isOnLand();// 小人与地面碰撞判断
void updateYcoordinate();// 小人的运动更新 Y 轴坐标
void JudgeisPlayer_died();// 判断玩家是否死亡
# 关键技术介绍


# LogoC 图片的存储


class IMAGE{
 public:
  IMAGE(const char * s);
  IMAGE(const IMAGE &);
  ~IMAGE();
  int getwidth();
  int getheight();
  Image * hImage; 
 private:  
  int width;
  int height;  
};
由于 LogoC  中 IMAGE  类的构造函数仅包含按照路径构造，为了方便修改，以及避免在 class  声明时就将 IMAGE  类初始化导致异常 ( IMAGE  类必须在好像在调用 setup  函数之后才能够使用)，我都采用了 IMAGE *  指针类型来储存 IMAGE  对象的地址。

路径的写法我采用了 C++ 的 string  类型，方便修改，在最后使用 c_str  方法转化为 C 语言风格的字符数组字符串当作路径。


# 声音的播放与终止


void Scene::PlayBGM(string MusicPath) {
 string op = "open " + MusicPath + " alias BGM";
 mciSendString(op.c_str(), NULL, 0, NULL);
 mciSendString("play BGM repeat", NULL, 0, NULL);
}
void Scene::PlayMusic(string MusicPath) {
 string op = "open " + MusicPath + " alias soundeffect";
 mciSendString("close soundeffect", NULL, 0, NULL);
 mciSendString(op.c_str(), NULL, 0, NULL);
 mciSendString("play soundeffect", NULL, 0, NULL);
}
声音的播放我采用的是 MCI ( Media Control Interface ，媒体控制接口) 发送命令的方式实现的。

在 GCC  等非 MSVC  编译器中要加入 -lwinmm  指令使得编译器识别该函数。


# 键盘操作的获取


void Scene::updateWithKeyInput() {
 if (keymsg()) {
  kmsg = getkey();
  if (kmsg.flag == KEY_DOWN) {
   if (kmsg.key == 'A' || kmsg.key == 'a' || kmsg.key == 37) {
    direct = -1;
   } else if (kmsg.key == 'D' || kmsg.key == 'd' || kmsg.key == 39) {
    direct = 1;
   } else if (kmsg.key == 27) {
    welcome.interfacetype = I_gamepause;
   }
  }
  if (kmsg.flag == KEY_UP) {
   if ((kmsg.key == 'A' || kmsg.key == 'a' || kmsg.key == 37) || (kmsg.key == 'D' || kmsg.key == 'd' || kmsg.key == 39)) {
    direct = 0;
   }
  }
 }
 if (direct == -1) {
  player.moveLeft();
 } else if (direct == 1) {
  player.moveRight();
 }
}
由于键盘的长按有判定时间，大概在几百毫秒左右，但是显示在操作中就会导致小人先动一下然后再持续移动。

为了解决这个问题，我们可以把小人的左移右移设为一个状态，按下左移或者右移时记录下这个状态，然后在松开这些键的时候把状态归零。然后根据当前所处的状态进行操作的更新。


# 实现简陋的输入框功能




while (interfacetype == I_change_name) {
  bool is_change = false;
  if (keymsg()) {
   kmsg = getkey();
   if (kmsg.flag == KEY_DOWN) {
    if (isalnum(kmsg.key)) {
     if (in.length() <= 10) {
      in += kmsg.key;
      is_change = true;
     }
    } else if (kmsg.key == 8) {
     if (in.length() > 0) {
      in.pop_back();
      is_change = true;
     }
    } else if (kmsg.key == 13 || kmsg.key == 27) {
     interfacetype = I_option;
    }
   }
  }
通过接收输入输出存入字符串，再用 showtext  函数显示出来，虽然简陋，也不支持中文的输入，不过也算是实现了这个功能。


# 游戏的存档与读档


游戏存档为了防止被修改导致游戏出现异常，使用了二进制来存取数据，对于固定大小的类型直接按所占字节进行存取即可，对于非定长类型例如字符串，可以先存储字符串的长度，再存入字符数据即可，这样读取时就知道需要读取多少字节的数据，实现字符串的二进制读写。


存档部分代码：


void SaveData::game_save() {
 ofstream savedata;
 size_t StringLength;
 savedata.open("savedata.dat", ios::out | ios::binary);
 //Welcome 部分
 savedata.write((char*)&welcome.themetype, sizeof(DJTheme));
 savedata.write((char*)&welcome.bgm, sizeof(bool));
 savedata.write((char*)&welcome.sound_effect, sizeof(bool));
 StringLength = welcome.name.size();
 savedata.write((char*)&StringLength, sizeof(size_t));
 savedata.write(welcome.name.c_str(), welcome.name.size());
 //Land 部分
 savedata.write((char*)&land.land_width, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&land.land_height, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&land.land_vy, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&land.score, sizeof(int));
 savedata.write((char*)&land.broken_y, sizeof(int));
 for (int i = 0; i < _land_num_; i++)
  savedata.write((char*)&land.land[i], sizeof(Land::LandState));
 //Player 部分
 savedata.write((char*)&player.playerStatus, sizeof(PlayerStatus));
 savedata.write((char*)&player.x_middle, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.y_bottom, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.vx, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.vy, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.width, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.height, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.rebound_vy, sizeof(float));
 savedata.write((char*)&player.isPlayer_yMax, sizeof(bool));
 savedata.write((char*)&player.isPlayer_died, sizeof(bool));
 savedata.close();
}
读档部分代码：


bool SaveData::game_load() {
 ifstream savedata;
 size_t StringLength;
 savedata.open("savedata.dat", ios::in | ios::binary);
 if (savedata.peek() == EOF) {
  savedata.close();
  return false;
 }
 //Welcome 部分
 savedata.read((char*)&welcome.themetype, sizeof(DJTheme));
 savedata.read((char*)&welcome.bgm, sizeof(bool));
 savedata.read((char*)&welcome.sound_effect, sizeof(bool));
 savedata.read((char*)&StringLength, sizeof(size_t));
 char* buffer = new char[StringLength + 1];
 savedata.read(buffer, StringLength);
 buffer[StringLength] = '\0';
 welcome.name = buffer;
 delete []buffer;
 //Land 部分
 savedata.read((char*)&land.land_width, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&land.land_height, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&land.land_vy, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&land.score, sizeof(int));
 savedata.read((char*)&land.broken_y, sizeof(int));
 for (int i = 0; i < _land_num_; i++) {
  savedata.read((char*)&land.land[i], sizeof(Land::LandState));
  if (land.land[i].landType == landrocket) {
   land.land[i].im_land = land.im_landrocket;
  } else if (land.land[i].landType == landfly) {
   land.land[i].im_land = land.im_landfly;
  } else if (land.land[i].landType == mvspring1) {
   land.land[i].im_land = land.im_mvspring1;
  } else if (land.land[i].landType == mvland) {
   land.land[i].im_land = land.im_move;
  } else if (land.land[i].landType == fragile) {
   land.land[i].im_land = land.im_break;
  } else if (land.land[i].landType == landspring1) {
   land.land[i].im_land = land.im_landspring1;
  } else if (land.land[i].landType == normal) {
   land.land[i].im_land = land.im_normal;
  }
 }
 //Player 部分
 savedata.read((char*)&player.playerStatus, sizeof(PlayerStatus));
 savedata.read((char*)&player.x_middle, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.y_bottom, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.vx, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.vy, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.width, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.height, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.rebound_vy, sizeof(float));
 savedata.read((char*)&player.isPlayer_yMax, sizeof(bool));
 savedata.read((char*)&player.isPlayer_died, sizeof(bool));
 savedata.close();
 welcome.change_theme();
 return true;
}
# 地板的随机生成


void Land::Land_type(int i, int lnor, int lfr, int mv, int lspr, int lfly, int mvspr, int lroc) {
 int rd = rand() % 100;
 if (rd < lnor) {
  land[i].landType = normal;
  land[i].im_land = im_normal;
 } else if (rd < lfr) {
  land[i].landType = fragile;
  land[i].im_land = im_break;
 } else if (rd < mv) {
  land[i].landType = mvland;
  land[i].im_land = im_move;
 } else if (rd < lspr) {
  land[i].landType = landspring1;
  land[i].im_land = im_landspring1;
 } else if (rd < lfly) {
  land[i].landType = landfly;
  land[i].im_land = im_landfly;
 } else if (rd < mvspr) {
  land[i].landType = mvspring1;
  land[i].im_land = im_mvspring1;
 } else if (rd < lroc) {
  land[i].landType = landrocket;
  land[i].im_land = im_landrocket;
 }
 land[i].middle_x = rand() % (_Doodle_Jump_Width_ - (int)land_width - _Doodle_Jump_Width_ / 2);
}
先使用 srand((unsigned)time(NULL));  按时间初始化随机数种子，再通过 rand()  函数生成随机数，按照不同概率生成地板类型。可以将概率写入函数参数表中，这样可以更加方便地按照游戏的进行更改不同的概率，提高游戏难度。


# 小人与地板的碰撞判断


碰撞部分较为愚蠢的采用了手写碰撞距离的判断，不过该游戏所需碰撞的分类并不多，手写距离只是限制了地板以及小人高度的变化。通过多分支结构来判断不同地板的情况。


void Player::isOnLand() {
 for (int i = 0; i < _land_num_; i++) {
  if ((abs(y_bottom - land.land[i].top_y) <= vy) && (vy > 0)) {
   if (land.land[i].landType == mvspring1 || land.land[i].landType == landspring1) {
    if ((x_middle + 61 <= land.land[i].middle_x) || ((x_middle + 25) >= land.land[i].middle_x + land.land_width)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家没有落在地面上
     return;
    } else if ((x_middle + 61 >= land.land[i].middle_x + 30) && ((x_middle + 25) <= land.land[i].middle_x + 60)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家踩在弹簧上
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/spring.wav");
     if (land.land[i].landType == mvspring1)
      land.land[i].landType = mvspring2;
     else {
      land.land[i].landType = landspring2;
     }
     y_bottom = land.land[i].top_y;
     vy = -(2.5) * rebound_vy;
    } else {
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/jump.wav");
     vy =  -rebound_vy;
    }
    autoJump();
   } else if (land.land[i].landType == landfly) {
    if ((x_middle + 61 <= land.land[i].middle_x) || ((x_middle + 25) >= land.land[i].middle_x + land.land_width)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家没有落在地面上
     return;
    } else if ((x_middle + 61 >= land.land[i].middle_x + 30) && ((x_middle + 25) <= land.land[i].middle_x + 60)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家踩在竹蜻蜓上
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/fly.wav");
     y_bottom = land.land[i].top_y;
     vy = -(4.2) * rebound_vy;
     autoJump_fly();
    } else {
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/jump.wav");
     vy =  -rebound_vy;
     autoJump();
    }
   } else if (land.land[i].landType == landrocket) {
    if ((x_middle + 61 <= land.land[i].middle_x) || ((x_middle + 25) >= land.land[i].middle_x + land.land_width)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家没有落在地面上
     return;
    } else if ((x_middle + 61 >= land.land[i].middle_x + 30) && ((x_middle + 25) <= land.land[i].middle_x + 60)) { // 大约估算图像中人物脚的距离，玩家踩在竹蜻蜓上
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/rocket.wav");
     y_bottom = land.land[i].top_y;
     vy = -(5.8) * rebound_vy;
     autoJump_rocket();
    } else {
     if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/jump.wav");
     vy =  -rebound_vy;
     autoJump();
    }
   } else if (land.land[i].landType != broken) { // 其他类型地面判断
    if ((x_middle + 61 >= land.land[i].middle_x) && ((x_middle + 25) <= land.land[i].middle_x + land.land_width && land.land[i].landType != broken_over)) { // 大约估算图像中人物脚的距离
     if (land.land[i].landType != fragile) {
      if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/jump.wav");
     } else {
      if (welcome.sound_effect)scene.PlayMusic("sounds/break.wav");
      land.land[i].landType = broken;
      land.broken_y = land.land[i].top_y;
     }
     y_bottom = land.land[i].top_y;
     vy = - rebound_vy;
     autoJump();
    }
   }
  }
 }
 JudgeisPlayer_died();
}
# 软件说明书


# 开始界面




开始：开始游戏并清空存档

继续：读取存档以开始游戏，若无存档会报错。



规则：按规则按钮会显示规则。按下一页及返回按钮可以退出规则界面。



排行榜：显示排行榜，按返回按键或者点击界面的其他地方可以退出排行榜界面。



设置：点击音乐音效旁的开关可以开关音乐音效；点击主题旁边的四个小人可以更改主题；点击 “点我改名” 可以改名。点设置界面的其他地方可以退出该界面




# 游戏界面




游戏界面：按 A/D/←/→ 来控制小人的运动



在碰到这三个地板上的时物件时会高速运动一段路程

碰到该地板时，地板会破碎并反弹一次

该地板是会左右移动的

游戏目标就是尽可能得到最高的分数

掉出游戏界面即角色死亡



暂停：暂停按键在右上角，也可以通过 ESC  按键来呼出暂停界面

设置按键可以调出设置；菜单按键可以回到开始界面，同时也会把当前游戏存档；重玩按键可以重开；按下返回按键退出暂停状态。



死亡后可以按重玩按钮重新游戏；按排行榜看排行榜；点击菜单回到开始界面


# 总结


# 遇到的问题及解决方案


# IMAGE 对象的创建


出于对性能以及代码可读性的考虑，我决定使用 IMAGE  对象来存储图片。但是我在创建 IMAGE  对象时经常遇到这种错误:



 最后经过单独把 IMAGE  类抽出来排查发现 IMAGE  类的创建必须在运行 setup()  函数之后。

初步估计 setup()  函数中应该包含了 LogoC  图形库初始化相关代码。


# 输入框功能如何实现


由于 LogoC  中没有输入框相关控件的支持，我只能通过 getkey()  函数来实现键盘的输入和输出，再使用 showtext()  函数显示出来。


# 小人运动卡顿问题


游戏中在操作小人运动时会出现小人先动一下然后再持续移动。

这是因为由于键盘的长按有判定时间，大概在几百毫秒左右。为了解决这个问题，我们可以把小人的左移右移设为一个状态，按下左移或者右移时记录下这个状态，然后在松开这些键的时候把状态归零。然后根据当前所处的状态进行操作的更新，就能实现无延迟的小人移动。


# 鼠标运动卡顿问题


在游戏运行过程中，经常会出现鼠标点击却要过一段时间才有反应的情况，是因为等待接受的 mouse 信号过多导致迟滞。解决方案就是通过多线程将获取鼠标的代码独立在一个线程中运行。


# 尚未解决的问题


# 输入框功能仍旧不够完善


所实现的输入框功能过于简陋，仅能实现英文单词和数字的输入，无法实现例如中文的输入，导致玩家名称仅能是英文名，暂无良好的解决方法。


# MCI 对 wav 格式音乐支持问题


在背景音乐播放完一遍时，我需要重新播放一遍背景音乐，一般来说，我们可以在 MCI  命令中加一段 "repeat"  即可，但是在实际操作中，倘若播放的音乐格式是 wav  格式，不仅不能实现重复，音乐也会播放失败，我只能将需要循环播放的背景音乐转为 mp3  格式，经测试能够正常循环播放，但是还是对于 MCI  对 wav  格式的支持感到不解。


# 字体在不同电脑上显示不同


LogoC  中的 textfont()  函数支持的字体选择仅能通过字体在计算机中的序号来选择，导致了在不同电脑中的字体显示不一样。解决方法也是有的，因为我所需要的仅仅只是数字和字母，所以我可以通过把这些字体以位图的方式呈现，再在显示时截取相应片段即可。

但是工作量有亿点点大，最终决定还是放弃了。


# 代码行数过多，可读性较差


项目所有文件的代码总行数超过了 1000  行 (10+171+466+90+86+111+232=1166)，在 UI 设计中的行数过于庞大 (超过半数代码)，在实现基础的游戏功能时仅用了 200  多行的代码，在项目逐渐庞大之后，不经常写注释的弊端便暴露出来，导致后半段写的代码可能包含一些重复的代码，降低了可读性，也使得代码看上去没有那么美观。


# CPU 占用过高


写出来的程序所占用的资源过多，在我自己的电脑（2015 款的 MacBook Air）会有极为严重的卡顿现象，即使使用多线程也无法改善。而且在学校机房的电脑上，运行游戏时也会有接近 20% 的 CPU 占用，暂无良好的解决方案。


# 参考资料




    

  1. 《LogoC 使用参考》 虞铭财
    2. 

  2. 菜鸟教程
    3.