（32）贪吃蛇游戏（2）
最后更新于：2022-04-01 06:29:25
#（32）：贪吃蛇游戏（2）
下面我们继续上一章的内容。在上一章中，我们已经完成了地图的设计，当然是相当简单的。在我们的游戏中，另外的主角便是蛇和食物。下面我们便开始这部分的开发。
我们的地图是建立在`QGraphicsScene`的基础之上的，所以，里面的对象应该是`QGraphicsItem`实例。通常，我们会把所有的图形元素（这里便是游戏中需要的对象，例如蛇、食物等）设计为`QGraphicsItem`的子类，在这个类中添加绘制自身的代码以及动画逻辑。这也是面向对象的开发方式：封装自己的属性和操作。在我们的游戏中，应该有三个对象：蛇 Snake、食物 Food 以及墙 Wall。
我们从食物开始。因为它是最简单的。我们将其作为一个红色的小圆饼，大小要比地图中的一个方格要小，因此我们可以将其放置在一个方格中。正如上面分析的那样，我们的`Food`类需要继承`QGraphicsItem`。按照接口约束，`QGraphicsItem`的子类需要重写至少两个函数：`boundingRect()`和`paint()`。
`boundingRect()`返回一个用于包裹住图形元素的矩形，也就是这个图形元素的范围。需要注意的是，这个矩形必须能够**完全包含**图形元素。所谓“完全包含”，意思是，在图形元素有动画的时候，这个矩形也必须将整个图形元素包含进去。如果范围矩形过小。图形会被剪切；如果范围矩形过大，就会影响性能。
`paint()`的作用是使用`QPainter`将图形元素绘制出来。
下面是 food.h 和 food.cpp 的内容：
~~~
////////// food.h //////////
#ifndef FOOD_H
#define FOOD_H
#include <QGraphicsItem>
class Food : public QGraphicsItem
{
public:
Food(qreal x, qreal y);
QRectF boundingRect() const;
void paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *);
QPainterPath shape() const;
};
#endif // FOOD_H
////////// food.cpp //////////
#include <QPainter>
#include "constants.h"
#include "food.h"
static const qreal FOOD_RADIUS = 3;
Food::Food(qreal x, qreal y)
{
setPos(x, y);
setData(GD_Type, GO_Food);
}
QRectF Food::boundingRect() const
{
return QRectF(-TILE_SIZE, -TILE_SIZE,
TILE_SIZE * 2, TILE_SIZE * 2 );
}
void Food::paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *)
{
painter->save();
painter->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
painter->fillPath(shape(), Qt::red);
painter->restore();
}
QPainterPath Food::shape() const
{
QPainterPath p;
p.addEllipse(QPointF(TILE_SIZE / 2, TILE_SIZE / 2), FOOD_RADIUS, FOOD_RADIUS);
return p;
}
~~~
虽然这段代码很简单，我们还是有必要解释一下。构造函数接受两个参数：x 和 y，用于指定该元素的坐标。`setData()`函数是我们之后要用到的，这里简单提一句，它的作用为该图形元素添加额外的数据信息，类似于散列一样的键值对的形式。`boundingRect()`简单地返回一个`QRect`对象。由于我们的元素就是一个圆形，所以我们返回的是一个简单的矩形。注意，这个矩形的范围实际是四倍于实际区域的：以元素坐标 (x, y) 为中心，边长为`TILE_SIZE * 2`的正方形。我们还重写了`shape()`函数。这也是一个虚函数，但是并不是必须覆盖的。这个函数返回的是元素实际的路径。所谓路径，可以理解成元素的矢量轮廓线，就是`QPainterPath`所表示的。我们使用`addEllipse()`函数，添加了一个圆心为 (TILE_SIZE / 2, TILE_SIZE / 2)，半径 FOOD_RADIUS 的圆，其范围是左上角为 (x, y) 的矩形。由于设置了`shape()`函数，`paint()`反而更简单。我们所要做的，就是把`shape()`函数定义的路径绘制出来。注意，我们使用了`QPainter::save()`和`QPainter::restore()`两个函数，用于保存画笔状态。
现在我们有了第一个图形元素，那么，就让我们把它添加到场景中吧！对于一个游戏，通常需要有一个中心控制的类，用于控制所有游戏相关的行为。我们将其取名为`GameController`。
`GameController`的工作是，初始化场景中的游戏对象，开始游戏循环。每一个游戏都需要有一个游戏循环，类型于事件循环。想象一个每秒滴答 30 次的表。每次响起滴答声，游戏对象才有机会执行相应的动作：移动、检查碰撞、攻击或者其它一些游戏相关的活动。为方便起见，我们将这一次滴答成为一帧，那么，每秒 30 次滴答，就是每秒 30 帧。游戏循环通常使用定时器实现，因为应用程序不仅仅是一个游戏循环，还需要响应其它事件，比如游戏者的鼠标键盘操作。正因为如此，我们不能简单地使用无限的 for 循环作为游戏循环。
在 Graphics View Framework 中，每一帧都应该调用一个称为`advance()`的函数。`QGraphicsScene::advance()`会调用场景中每一个元素自己的`advance()`函数。所以，如果图形元素需要做什么事，必须重写`QGraphicsItem`的`advance()`，然后在游戏循环中调用这个函数。
`GameController`创建并开始游戏循环。当然，我们也可以加入`pause()`和`resume()`函数。现在，我们来看看它的实现：
~~~
GameController::GameController(QGraphicsScene *scene, QObject *parent) :
QObject(parent),
scene(scene),
snake(new Snake(this))
{
timer.start(1000/33);
Food *a1 = new Food(0, -50);
scene->addItem(a1);
scene->addItem(snake);
scene->installEventFilter(this);
resume();
}
~~~
`GameController`的构造函数。首先开启充当游戏循环的定时器，定时间隔是 1000 / 33 毫秒，也就是每秒 30（1000 / 33 = 30）帧。`GameController`有两个成员变量：scene 和 snake，我们将第一个食物和蛇都加入到场景中。同时，我们为`GameController`添加了事件过滤器，以便监听键盘事件。这里我们先不管这个事件过滤器，直接看看后面的代码：
~~~
void GameController::pause()
{
disconnect(&timer, SIGNAL(timeout()),
scene, SLOT(advance()));
}
void GameController::resume()
{
connect(&timer, SIGNAL(timeout()),
scene, SLOT(advance()));
}
~~~
`pause()`和`resume()`函数很简答：我们只是连接或者断开定时器的信号。当我们把这一切都准备好之后，我们把`GameController`添加到`MainWindow`中：
~~~
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
: QMainWindow(parent),
game(new GameController(scene, this))
{
...
}
~~~
由于`GameController`在构造时已经开始游戏循环，因此我们不需要另外调用一个所谓的“start”函数。这样，我们就把第一个食物添加到了游戏场景：
[](http://files.devbean.net/images/2012/12/snake_1.png)
接下来是有关蛇的处理。
蛇要更复杂一些。在我们的游戏中，蛇是由黄色的小方块组成，这是最简单的实现方式了。第一个是蛇的头部，紧接着是它的身体。对此，我们有两个必须面对的困难：
1. 蛇具有复杂得多的形状。因为蛇的形状随着游戏者的控制而不同，因此，我们必须找出一个能够恰好包含蛇头和所有身体块的矩形。这也是 boundingRect() 函数所要解决的问题。
2. 蛇会长大（比如吃了食物之后）。因此，我们需要在蛇对象中增加一个用于代表蛇身体长度的`growing`变量：当`growing`为正数时，蛇的身体增加一格；当`growing`为负数时，蛇的身体减少一格。
3. `advance()`函数用于编码移动部分，这个函数会在一秒内调用 30 次（这是我们在`GameController`的定时器中决定的）。
我们首先从`boundingRect()`开始看起：
~~~
QRectF Snake::boundingRect() const
{
qreal minX = head.x();
qreal minY = head.y();
qreal maxX = head.x();
qreal maxY = head.y();
foreach (QPointF p, tail) {
maxX = p.x() > maxX ? p.x() : maxX;
maxY = p.y() > maxY ? p.y() : maxY;
minX = p.x() < minX ? p.x() : minX;
minY = p.y() < minY ? p.y() : minY;
}
QPointF tl = mapFromScene(QPointF(minX, minY));
QPointF br = mapFromScene(QPointF(maxX, maxY));
QRectF bound = QRectF(tl.x(), // x
tl.y(), // y
br.x() - tl.x() + SNAKE_SIZE, // width
br.y() - tl.y() + SNAKE_SIZE //height
);
return bound;
}
~~~
这个函数的算法是：遍历蛇身体的每一个方块，找出所有部分的最大的 x 坐标和 y 坐标，以及最小的 x 坐标和 y 坐标。这样，夹在其中的便是蛇身体的外围区域。
`shape()`函数决定了蛇身体的形状，我们遍历蛇身体的每一个方块向路径中添加：
~~~
QPainterPath Snake::shape() const
{
QPainterPath path;
path.setFillRule(Qt::WindingFill);
path.addRect(QRectF(0, 0, SNAKE_SIZE, SNAKE_SIZE));
foreach (QPointF p, tail) {
QPointF itemp = mapFromScene(p);
path.addRect(QRectF(itemp.x(), itemp.y(), SNAKE_SIZE, SNAKE_SIZE));
}
return path;
}
~~~
在我们实现了`shape()`函数的基础之上，`paint()`函数就很简单了：
~~~
void Snake::paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *)
{
painter->save();
painter->fillPath(shape(), Qt::yellow);
painter->restore();
}
~~~
现在我们已经把蛇“画”出来。下一章中，我们将让它“动”起来，从而完成我们的贪吃蛇游戏。