c++如何实现俄罗斯方块游戏

发布时间：2022-01-05 11:08:14 作者：iii
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# C++如何实现俄罗斯方块游戏

## 引言

俄罗斯方块（Tetris）是世界上最经典的电子游戏之一，由俄罗斯程序员阿列克谢·帕基特诺夫于1984年开发。本文将详细介绍如何使用C++语言从零开始实现一个完整的俄罗斯方块游戏。我们将涵盖游戏逻辑设计、图形渲染、用户输入处理等核心模块，并提供完整的代码示例。

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## 目录

1. [游戏基本架构设计](#1-游戏基本架构设计)
2. [方块数据结构和旋转算法](#2-方块数据结构和旋转算法)
3. [游戏逻辑实现](#3-游戏逻辑实现)
4. [图形渲染（控制台版）](#4-图形渲染控制台版)
5. [用户输入处理](#5-用户输入处理)
6. [碰撞检测与消除行](#6-碰撞检测与消除行)
7. [完整代码示例](#7-完整代码示例)
8. [扩展与优化建议](#8-扩展与优化建议)

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## 1. 游戏基本架构设计

### 1.1 游戏状态定义

俄罗斯方块需要维护以下核心状态：

```cpp
enum GameState { PLAYING, PAUSED, GAME_OVER };
const int BOARD_WIDTH = 10;
const int BOARD_HEIGHT = 20;

struct Game {
    int board[BOARD_HEIGHT][BOARD_WIDTH]; // 0表示空，1-7表示不同方块
    int currentPiece[4][4];              // 当前下落方块
    int nextPiece[4][4];                 // 下一个方块
    int pieceX, pieceY;                  // 当前方块位置
    int score;                           // 当前分数
    GameState state;                     // 游戏状态
};

1.2 游戏主循环

void gameLoop() {
    initGame();
    while (game.state != GAME_OVER) {
        processInput();
        if (game.state == PLAYING) {
            updateGame();
        }
        render();
        Sleep(1000 / 60); // 控制帧率
    }
}

2. 方块数据结构和旋转算法

2.1 方块定义

俄罗斯方块共有7种基本形状（I, J, L, O, S, T, Z），可以用4x4矩阵表示：

const int SHAPES[7][4][4] = {
    // I
    {{0,0,0,0}, {1,1,1,1}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // J
    {{1,0,0,0}, {1,1,1,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // L
    {{0,0,1,0}, {1,1,1,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // O
    {{0,1,1,0}, {0,1,1,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // S
    {{0,1,1,0}, {1,1,0,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // T
    {{0,1,0,0}, {1,1,1,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}},
    // Z
    {{1,1,0,0}, {0,1,1,0}, {0,0,0,0}, {0,0,0,0}}
};

2.2 旋转算法

void rotatePiece(int piece[4][4]) {
    int temp[4][4];
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            temp[i][j] = piece[3-j][i]; // 顺时针旋转90度
        }
    }
    memcpy(piece, temp, sizeof(temp));
}

3. 游戏逻辑实现

3.1 初始化游戏

void initGame() {
    memset(game.board, 0, sizeof(game.board));
    spawnNewPiece();
    game.score = 0;
    game.state = PLAYING;
}

void spawnNewPiece() {
    // 随机选择新方块
    int shape = rand() % 7;
    memcpy(game.currentPiece, SHAPES[shape], sizeof(game.currentPiece));
    game.pieceX = BOARD_WIDTH / 2 - 2;
    game.pieceY = 0;
    
    // 生成下一个方块
    shape = rand() % 7;
    memcpy(game.nextPiece, SHAPES[shape], sizeof(game.nextPiece));
}

3.2 方块下落逻辑

void updateGame() {
    static int counter = 0;
    if (++counter >= 30) { // 每30帧下落一格
        movePiece(0, 1);
        counter = 0;
    }
}

bool movePiece(int dx, int dy) {
    if (!checkCollision(game.pieceX + dx, game.pieceY + dy, game.currentPiece)) {
        game.pieceX += dx;
        game.pieceY += dy;
        return true;
    }
    return false;
}

4. 图形渲染（控制台版）

4.1 控制台绘图

void render() {
    system("cls"); // 清屏
    
    // 绘制游戏边界
    for (int i = 0; i < BOARD_WIDTH + 2; i++) cout << "#";
    cout << endl;
    
    // 绘制游戏区域
    for (int y = 0; y < BOARD_HEIGHT; y++) {
        cout << "#"; // 左边界
        for (int x = 0; x < BOARD_WIDTH; x++) {
            if (game.board[y][x] > 0) {
                cout << "■"; // 已有方块
            } else {
                cout << " ";
            }
        }
        cout << "#" << endl; // 右边界
    }
    
    // 绘制底部边界
    for (int i = 0; i < BOARD_WIDTH + 2; i++) cout << "#";
    cout << endl;
    
    // 显示分数
    cout << "Score: " << game.score << endl;
}

5. 用户输入处理

5.1 键盘控制

void processInput() {
    if (_kbhit()) {
        int key = _getch();
        switch (key) {
        case 'a': movePiece(-1, 0); break; // 左移
        case 'd': movePiece(1, 0); break;  // 右移
        case 's': movePiece(0, 1); break;  // 加速下落
        case 'w': rotatePiece(); break;    // 旋转
        case 'p': togglePause(); break;    // 暂停
        case 'q': game.state = GAME_OVER; break; // 退出
        }
    }
}

6. 碰撞检测与消除行

6.1 碰撞检测

bool checkCollision(int x, int y, int piece[4][4]) {
    for (int py = 0; py < 4; py++) {
        for (int px = 0; px < 4; px++) {
            if (piece[py][px] == 0) continue;
            
            int boardX = x + px;
            int boardY = y + py;
            
            // 检查边界
            if (boardX < 0 || boardX >= BOARD_WIDTH || boardY >= BOARD_HEIGHT) {
                return true;
            }
            
            // 检查已有方块
            if (boardY >= 0 && game.board[boardY][boardX] > 0) {
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

6.2 消除行

void clearLines() {
    for (int y = BOARD_HEIGHT - 1; y >= 0; y--) {
        bool fullLine = true;
        for (int x = 0; x < BOARD_WIDTH; x++) {
            if (game.board[y][x] == 0) {
                fullLine = false;
                break;
            }
        }
        
        if (fullLine) {
            // 加分
            game.score += 100;
            
            // 下移上方所有行
            for (int ny = y; ny > 0; ny--) {
                memcpy(game.board[ny], game.board[ny-1], sizeof(game.board[0]));
            }
            memset(game.board[0], 0, sizeof(game.board[0]));
            
            // 重新检查当前行（因为已经下移）
            y++;
        }
    }
}

7. 完整代码示例

// 完整代码请见GitHub仓库：https://github.com/example/tetris-cpp
// （此处因篇幅限制省略完整代码）

8. 扩展与优化建议

图形界面升级：使用SFML或SDL库实现更精美的图形
音效系统：添加背景音乐和游戏音效
网络对战：实现双人在线对战功能
玩家：开发自动玩俄罗斯方块的算法
存档功能：保存最高分和游戏进度

结语

通过本文，我们系统地学习了如何使用C++实现俄罗斯方块游戏的核心机制。这个项目涵盖了游戏开发中的多个重要概念，包括状态管理、碰撞检测、用户输入处理等。读者可以在此基础上继续扩展功能，打造属于自己的俄罗斯方块游戏版本。 “`

注：实际完整代码约300-400行，因篇幅限制未完整展示。如需完整实现代码，建议参考GitHub上的开源俄罗斯方块项目或通过C++游戏开发教程深入学习。