開發遊戲目的

俄羅斯方塊是一款經典的遊戲，綜合了陣列、網路、linux系統程式設計等相關操作，對於我們綜合相關知識、熟悉應用程式開發過程，培養獨立思考和解決問題的能力，同時不再是枯燥的程式設計，增加了程式設計中的趣味性。

遊戲功能

這款遊戲的而主要功能是，伺服器和客戶端進行互動，實現雙方的對戰模式。在終端的指定一塊區域作為遊戲的操作視窗。方塊定時下落時，通過鍵盤上下左右按鍵控制方塊下落的方向和實現方塊的旋轉操作，每次新的方塊下落時，會在遊戲視窗的右方預顯下次下落的圖形，當方塊遇到障礙物時就不能繼續下落，並且自己變成障礙物，當一行的障礙物滿時，該行自動消除，直到方塊累計到最上層，遊戲結束，顯示分數。

專案流程

繪製俄羅斯方塊

1. 首先先講解一下VT100編碼規則，實現控制螢幕輸出座標和輸出顏色。
   VT100是一個終端型別定義，VT100控制碼是用來在終端擴充套件顯示的程式碼。比如在終端上任意座標用不同的顏色顯示字元。
   所有的控制符都是用C語言的printf是輸出字元的函式，以\033開頭的用輸出字元語句來輸出。
   本專案需要用的控制碼如下：

   • \033[y;xH 設定游標位置
   • \033[30m – \033[37m 設定前景色
   • \033[40m – \033[47m 設定背景色
   • \033[?25l 隱藏游標
   • \033[0m 關閉所有屬性
     以此來實現繪製一個方格的程式如下：

void draw_element(int
 
 x, int y, int c)
{
        x *= 2;
        x++;
        y++;

        printf("\033[%d;%dH\033[?25l", y, x);
        printf("\033[3%dm\033[4%dm", c, c);
        printf("[]");
        fflush(stdout);

        printf("\033[0m");
}

2.俄羅斯方塊的形狀
這裡表示方塊的方式我採用了陣列，以其中一種為例講解方塊的儲存方式。

左側是遊戲中方塊用到的一種圖形，而右側則是在程式中方塊的儲存方式，其中1代表圖形，0代表不是圖形的部分。
因為俄羅斯方塊的形狀是多種多樣的。所以在此我們定義結構體來儲存這些方塊的形態

struct shape{
    int s[5][5];
};

經過研究發現，方塊的形態大致可以歸納為10種，通過以這10中基本圖形旋轉總共可以得到26種方塊圖形

所以在此我們定義10大基本型別的陣列：

struct shape shape_arr[10]={

   {
     0,0,0,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,1,1,1,0,
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,1,1,0,0,
     0,0,1,1,0,
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,1,1,0,0,
     0,1,1,0,0,
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,0,1,1,0,
     0,1,1,0,0,
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,1,1,0,0,
     0,0,1,1,0,
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,1,0,
     0,0,0,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,0,0,0,0,
     0,1,1,1,0,
     0,1,0,0,0,
     0,1,0,0,0,
   },
{
     0,0,0,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
     0,0,1,0,0,
   },
   {
     0,0,0,0,0,
     0,1,1,1,0,
     0,1,1,1,0,
     0,1,1,1,0,
     0,0,0,0,0,
   }
};

3.繪製圖形

畫出陣列中為1的位置，即有圖形的位置；為0的位置不畫。
x+1表示列的相對座標
y+1表示行的相對座標
實現程式碼如下：

void draw_shape(int x, int y, struct shape p, int c)
{
     int i,j;
     for (i=0; i<5; i++) {
        for (j=0; j<5; j++) {
          if ( p.s[i][j] != 0 ) 
          draw_element(x+j, y+i, c);                                   
        }
    }
}

程式碼結果展示

圖形旋轉

由上圖可以看出陣列向右旋轉90度，相當於列號變成了行號，即第j行第i列變成了第i行4-j列

程式碼實現

static struct shape turn_90(struct shape p)
{
        struct shape t;

        for (int i=0; i<5; i++) {
            for (int j=0; j<5; j++) {
                t.s[i][j] = p.s[4-j][i];
            }
        }

        return t;
}

圖形旋轉演示

繪製遊戲區域

在螢幕上選定一塊區域作為玩遊戲的地圖，我選擇的是寬10，高20的區域作為遊戲的地圖，並將地圖繪製成白色。

程式碼

#define W 10
#define H 20
void draw_back( void )
{
   for (int i=0; i<H; i++) {
      for (int j=0; j<W; j++){
             draw_element(j, i, BC);
      }
   }
}

此時需要注意的是要判斷一下背景是否為1，因為此時背景和圖形所處區域可能一致，要避免背景顏色覆蓋圖形顏色。

背景繪製演示

將大致的圖形介面表示成功後，接下來就是實現圖形的定時下落了。

定時器的實現

下落就是讓Y座標增大，上面已經定義了位置的結構體

struct data {
        int x;
        int y;
};

其次實現圖形下落的程式碼如下，每次讓y++即可

void timer_tetris(struct data *p)
{
   draw_shape(p->x, p->y, shape_arr[0], BC);
   p->y++;
   draw_shape(p->x, p->y, shape_arr[0], FC);
}

下面我們將定時下落的真正實現。
Linux特有的timerfd API，timerfd_create用來把時間變成一個檔案描述符，該“檔案”在定時器超時的那一刻變的可讀，這樣就能很方便的用select、poll和epoll來監聽，用統一的方式來處理IO事件和超時事件。

建立定時器

int timerfd_create(int clockid, int flags/* 0 */ );
引數clockid

• CLOCK_REALTIME：如果設定3分鐘，修改桌面時間到3分鐘後，立馬啟動定時器。
• CLOCK_MONOTONIC：（一般用這個）如果定時3分鐘，手動修改桌面時間，不會立馬啟動，必須等到三分鐘。

引數flags

• TFD_NONBLOCK(非阻塞模式)
• TFD_CLOEXEC（表示當程式執行exec函式時本fd將被系統自動關閉,表示不傳遞）

設定定時器

 struct itimerspec is;
        memset(&is, 0x00, sizeof is);
        is.it_value.tv_nsec = 1;//第一次超時時間
        is.it_interval.tv_sec = 1;//定時器時間間隔

啟動定時器

int timerfd_settime(int fd, int flags, const struct itimerspec *new_value,struct itimerspec *old_value);
此函式用於設定新的超時時間，並開始計時,能夠啟動和停止定時器;

• fd: 引數fd是timerfd_create函式返回的檔案控制代碼
• flags：引數flags為1代表設定的是絕對時間（TFD_TIMER_ABSTIME 表示絕對定時器）固定時間；為0代表相對時間。相對某一時刻的時間
• new_value: 引數new_value指定定時器的超時時間以及超時間隔時間
• old_value: 如果old_value不為NULL, old_vlaue返回之前定時器設定的超時時間
  一旦timerfd_settime()啟動了定時器，就可以從相應的檔案描述符中呼叫read()來讀取定時器的時間到資訊。處於這一目的，傳給read()的快取區必須足夠容納一個無符號8位元組整數型別（uint64_t），在stdint.h標頭檔案中定義。
  現在的定時器以檔案描述符提供，所以最後要close定時器描述符。

程式碼

int main( void )
{
        int tfd = -1;
        fd_set rset;
        int maxfd;

        //建立定時器
        tfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC,TFD_CLOEXEC|TFD_NONBLOCK);
        if ( tfd == -1 ) perror("timerfd_create"),exit(EXIT_FAILURE);

        //定義起始時間和下落間隔
        struct itimerspec is;
        memset(&is, 0x00, sizeof is);
        is.it_value.tv_nsec = 1;//第一次超時時間
        is.it_interval.tv_sec = 1;//定時器間隔週期
        //啟動定時器
        timerfd_settime(tfd, 0, &is, NULL);

        //獲得標準輸出的檔案描述符
        int kfd = fileno(stdin);
        //獲取最大檔案描述符
         maxfd = tfd > kfd ? tfd : kfd;
        //繪製背景
        draw_back();

        while ( 1 ) {
                FD_ZERO(&rset);
                FD_SET(tfd, &rset);
                FD_SET(kfd, &rset);

                //等待檔案描述符就緒
                int nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
                if ( nready <= 0 ) continue;
                //定時器就緒
                if ( FD_ISSET(tfd, &rset)) {
                        uint64_t clk;
                        //根據定時器控制俄羅斯方塊下落
                        read(tfd, &clk, sizeof clk);
                        timer_tetris(&t);
                }
                //標準輸出就緒，回覆預設輸出設定
                if ( FD_ISSET(kfd, &rset) ) {
                printf("\033[?25h");
                }
        }
close(tfd);
close(kfd);
}

效果演示

設定鍵盤操作

再將鍵盤操作之前，必須先了解一下終端IO過程，終端和程序看起來很簡單。通過使用getchar()和putchar()就能夠在裝置和程序間傳送位元組。
例如輸入了“Love”5個字元並按回車鍵。在這個時候程式才開始處理這些字元。說明輸入的字元在從鍵盤輸入到交給getchar函式過程中被快取了。
即終端在每個字串末尾新增一個換行符（\n），換行符告訴程式游標移動到下一行，但是沒有告訴它移動到最左邊。ASCII碼13（回車符）告訴游標回到最左邊。

那麼終端的規範化處理到底是什麼呢？？
1.在沒有按回車，程式沒有得到輸入的資料，讓你有機會通過退格鍵刪除它。
2.擊鍵的同時字元顯示在螢幕上，但直到你按回車，程式才接收到輸入。
既然要玩遊戲，肯定要修改終端的輸出方式，這裡通過介面函式就可以修改了

控制終端的函式

獲取終端屬性
int tcgetattr(int fd, struct termios *info);

我們不對這個結構體做過多介紹，只瞭解兩個我們本專案需要用到的選項。c_lflag 中ECHO巨集可以讓輸入的字元回顯到螢幕，如果關掉這個標誌，輸入的字元就不回顯。c_lflag中ICANON是規範模式，我們關掉這個標誌，就成非規範模式。

設定終端屬性

int tcsetattr(int fd, int when, struct termios *info);
when用於告訴tcsetattr，什麼時候更新驅動程式。我們這裡選用TCSANOW。表示立即更新驅動程式設定。
接下來處理鍵盤的上下左右鍵工作方式

//將終端規範化設定成非規範化
int init_keyboard(void)
{
        int ret;
        struct termios tc;
        //tcgetattr是一個函式，用來獲取終端引數，成功>返回零；失敗返回非零，發生>失敗介面將設定errno錯誤標識
。
        ret = tcgetattr(0, &tcsave);
        if(ret < 0)
                return -1;
        tc = tcsave;
        //設定新的引數，取消字元回顯和終端規範劃
        tc.c_lflag &= ~(ECHO|ICANON);
        //將新引數加入，並設定為立即生效
        ret = tcsetattr(0, TCSANOW, &tc);
        if(ret < 0)
                return -1;
        //fcntl可以改變已開啟的檔案性質。fcntl針對描述
符提供控制。引數fd是被引數cmd操作的描述符。針對cmd的值
，fcntl能夠接受第三個引數int arg。
//取得取得檔案描述符狀態旗標
        flsave = fcntl(0, F_GETFL);
        //設定檔案描述符狀態旗標，設定成非阻塞式IO
        fcntl(0, F_SETFL, flsave|O_NONBLOCK);
        return 0;
}

//恢復終端規範化
void recover_keyboard(void)
{
        tcsetattr(0, TCSANOW, &tcsave);
        fcntl(0, F_SETFL, flsave);
}

int get_key(void)
{
        unsigned char buf[3];
        int ret, i, key, r;
        ret = read(0, buf, sizeof(buf));
        if(ret < 0)
        return -1;
        if(ret == 1 || ret == 2){//換行符是兩個
                r = read(0, &buf[ret], sizeof(buf)-ret);
                if(r > 0)
                        return -1;
                r = read(0, &buf[ret], sizeof(buf)-ret);
                if(r > 0)
                        return -1;
                r = read(0, &buf[ret], sizeof(buf)-ret);
                if(r > 0)
                        return -1;
                r = read(0, &buf[ret], sizeof(buf)-ret);
                if(r > 0)
         return -1;
        }
        key = 0;
        //獲取鍵盤讀取
        for(i=0; i<ret; i++){
                key += (buf[i]<<(i*8));
        }
        return key;
}
int is_up(int key)
{
        return key == UP;
}
int is_down(int key)
{
        return key == DOWN;
}
int is_left(int key)
{
        return key == LEFT;
}
int is_right(int key)
{
        return key == RIGHT;
}
int is_enter(int key)
{
        return key == ENTER;
}
int is_esc(int key)
{
        return key == ESC;
}
int is_space(int key)
{
        return key == SPACE;
}

利用鍵盤的上下左右鍵來控制方塊的移動

• 左：x–;
• 右：x++
• 上：旋轉
• 下：y++
  具體程式碼就不寫了，已發至github。只要實現了相關的非規範化輸出，剩下的就so easy了。

程式碼演示

邊界判斷

我們將判斷邊界封裝成如下函式，然後在定時下落和鍵盤移動或旋轉時加上判斷條件，如果能移動就移動，不能移動，就不移動，當圖形下落到底部，應該從新生成圖形，從頂部下落。

int can_move(int x,int y,struct shape shape)
{
  for(int i=0;i<5;i++){
    for(int j=0;j<5;j++){
      if(shape.s[i][j]==0)
         continue;
      if(x+j>=W)//加上=座標原點為（1，1）
         return 0;
      if(x+j<0)
         return 0;
      if(y+i>=H)
         return 0;
   }
 }
  return 1;
}

儲存和表示障礙物

用一個和顯示區域的格子相對應的二維陣列，儲存障礙物的位置資訊。如果對應的位置是障礙物，則這個陣列中相應的位置就是1，否則就是0。
怎樣把圖形變成障礙物？把屬於圖形的格子對應的位置都變成障礙物。

int background[H][W]={};//儲存障礙物的陣列

當圖形不能下落，就裝入障礙物陣列中，然後重新繪製背景，這時繪製背景函式應該修改成根據障礙物數組裡的資料來繪製。

//儲存障礙物
void set_back(int x, int y, struct shape shp)
{
     for (int i=0; i<5; i++){
        for (int j=0; j<5; j++) {
            if ( shp.s[i][j] != 0 )
                  background[y+i][x+j] = FC;
        }
     }
}

//繪製遊戲區域
void draw_back( void )
{
   for (int i=0; i<H; i++) {
      for (int j=0; j<W; j++){
          if ( background[i][j] != 0 )
             draw_element(j, i, background[i][j]);
          else
             draw_element(j, i, BC);
      }
   }
}

效果

消行

當障礙物陣列中整行都是非0，則要消除該行，就是將陣列中從該行以上的所有行都下移一行。

void mclean(void)
{
  for(int i=0;i<H;i++){
    int total=0;
    for(int j=0;j<W;j++){
       if(background[i][j]!=0)
         total++;
    }
    if(total==W){
       //滿行的上級行下移
       for(int k=i;k>0;k--)
         memcpy(background[k],background[k-1],sizeof(background[k-1]));
       memset(background[0],0x00,sizeof(background[0]));
    }
  }
}

完善

方塊隨機，預顯下一個，顏色隨機，等級選擇，根據等級記分

效果圖

實現人機戰

採用socket程式設計思想，利用TCP協議，實現雙人對戰。
通過伺服器和客戶端的實時通訊，將伺服器端的資料傳送給客戶端，客戶端接收成功後，將資料寫入自身的相關結構中，呼叫相關的函式，實現將伺服器端的遊戲實時的顯示到自己的遊戲介面，伺服器和客戶端的遊戲是互不干擾的。

詳細程式碼見：https://github.com/ximengping/tetris1

程式碼中還存在缺陷

實現自動消除，沒有實現多個人互相玩（多執行緒），介面美化。

遇到的問題

方塊無法下落，檢查定時裝置設定是否正確。
方塊無法儲存在螢幕上，檢查繪製背景顏色是否正確。
不能同步回顯，檢查伺服器向客戶端傳輸的資料是否完整。