这个有趣的C++系列打算展示一下使用C++写代码可以和其他主流语言一样高效而有趣。在第二部分，我将向你展示使用C++从无到有的创建一个井字游戏。这篇文章，以及整个系列都是针对那些想学习C++或者对这个语言性能好奇的开发者。

许多年轻人想学习编程来写游戏。C++是用的最多的用来写游戏的语言，尽管在写出下个愤怒的小鸟之前，需要学会很多的编程经验。一个井子游戏是开始学习的一个好选择，事实上，在许多年前我开始学习C++后，他是我写的地一个游戏。我希望这篇文章可以帮助到那些还不熟悉C++的初学者和有经验的开发者。

我使用的是Visual Studio 2012来写这篇文章的源代码。

游戏介绍

如果你没有玩过井字游戏或者并不熟悉这个游戏,下面是来自维基百科的描述.

井字游戏 (或者"圈圈和叉叉",Xs and Os) 是一个两人的纸笔游戏,两个人轮流在3X3的网格内画圈和叉. 当一名玩家放置的标志在水平,垂直或者对角线上成一条线即获得胜利.

这个游戏也可以人机对战,先手不固定.

创建这个程序的时候有2个关键的东西:程序的逻辑和程序的UI界面. 有许多在windows中创建用户UI的方法, 包括 Win32 API, MFC, ATL, GDI+, DirectX, etc. 在这篇文章中,我将展示使用多种技术来实现同一个程序逻辑. 我们将新建2个应用, 一个使用 Win32 API 另一个使用 C++/CX.

游戏逻辑

如果一个玩家在网格上放下一个标记时，遵循几个简单的规则，那他就可以玩一个完美的游戏（意味着赢或者平局）。在Wikipedia上写有这些规则，在里面你也可以找到先手玩家的最优策略。

在xkcd drawing上有先手和后手玩家的最优策略。尽管有几个错误（在几种情况下没有走必胜的步骤，至少在一个情况下丢失了一个X标记），我将使用这个版本作为游戏策略（修复了那些我能找到的错误）。记住电脑总是玩一个完美的游戏。如果你实现了这样一个游戏，你可能也想让用户赢，这种情况下你需要一个不同的方法。当对本文的目的，这个策略应该足够了。

提出的第一个问题是在C++程序中用什么数据结构来表示图像的模型。这可以有不同的选择，比如树、图、数组或者位字段（如果真有人对内存消耗很在意）。网格有9个单元，我选择的最简单的使用对每个单元使用一个包含9个整数的数组：0表示空的单元，1表示单元被标记为X，2表示单元被标记为O。让我们看下图以及它将被如何编码。

这幅图可以这么理解：

• 在单元（0,0）放X。网格可以编码为：1,0,0,0,0,0,0,0,0
• 如果对手在单元（0,1）放置O，那么在单元（1,1）放置X。现在网格编码为：1,2,0,0,1,0,0,0,0
• 如果对手在单元（0,2）放置O，那么在单元（2,2）放置X。现在网格编码为：1,2,2,0,1,0,0,0,1
• ...
• 如果对手在单元（2,2）放置O，那么在单元（2,0）放置X。现在网格编码为：1,2,0,0,1,0,1,0,2。这时，无论对手怎么做，X都将赢得比赛。
• 如果对手在单元（0,2）放置O，那么在单元（1,0）放置X。现在网格编码为：1,2,2,1,1,0,1,0,2。这表示的是一个赢得比赛的一步。
• ...

记住这个我们就可以开始在程序中对其编码了。我们将使用一个std::array来表示一个9格板。这是个固定大小的容器，在编译时就已知的大小，在连续的内存区域存储元素。为了避免一遍又一遍的使用相同数组类型，我将定义一个别名来简化。

#include <array>

typedef std::array<char, 9> tictactoe_status;

tictactoe_status const strategy_x[] = 
{
   {1,0,0,0,0,0,0,0,0},
   {1,2,0,0,1,0,0,0,0},
   {1,2,2,0,1,0,0,0,1},
   {1,2,0,2,1,0,0,0,1},
   // ...
};

tictactoe_status const strategy_o[] = 
{
   {2,0,0,0,1,0,0,0,0},
   {2,2,1,0,1,0,0,0,0},
   {2,2,1,2,1,0,1,0,0},
   {2,2,1,0,1,2,1,0,0},
   // ...
};

tictactoe_status const strategy_x[] = 
{
#include "strategy_x.h"
};

tictactoe_status const strategy_o[] = 
{
#include "strategy_o.h"
};

这是个小技巧，我的理由是，它允许我们把真实的很长的数组内容放在分开的文件中（这些文件的扩展性不重要，它可以不仅仅是C++头文件，也可以是其他任何文件），保证源码文件和定义简单干净。strategy_x.h和strategy_o.h文件在编译的预处理阶段就被插入到源码文件中，如同正常的头文件一样。下面是strategy_x.h文件的片断。

// http://imgs.xkcd.com/comics/tic_tac_toe_large.png
// similar version on http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/Tictactoe-X.svg
// 1 = X, 2 = O, 0 = unoccupied

1,0,0,0,0,0,0,0,0,

1,2,0,0,1,0,0,0,0,
1,2,2,0,1,0,0,0,1,
1,2,0,2,1,0,0,0,1,
1,2,0,0,1,2,0,0,1,

std::vector<tictactoe_status> strategy_o = 
{
   {2, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0},
   {2, 2, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0},
   {2, 2, 1, 2, 1, 0, 1, 0, 0},
   {2, 2, 1, 0, 1, 2, 1, 0, 0},
   {2, 2, 1, 1, 1, 0, 2, 0, 0},
};

enum class tictactoe_player : char
{
   none = 0,
   computer = 1,
   user = 2,
};

游戏的逻辑部分将会在被称之为tictactoe_game 的类中实现。最基本的，这个 class 应该有下面的状态：

• 一个布尔值用来表示游戏是否开始了，命名为 started 。
• 游戏的当前状态(网格上的标记), 命名为 status 。
• 根据当前的状态得到的之后可以进行的下法的集合，命名为strategy

class tictactoe_game
{
   bool started;
   tictactoe_status status;
   std::set<tictactoe_status> strategy;
   
   // ...
};

bool is_started() const {return started;}
bool is_victory(tictactoe_player const player) const {return is_winning(status, player);}
bool is_finished() const 
{

对于方法is_victory()和is_finished()，实际上是依赖于两个私有的方法，is_full(), 用来表示网格是否被填满并且不能再放下任何的棋子，以及方法is_winning, 用来表示在该网格上是否有某玩家胜出。它们的实现将会很容易被读懂。is_full 通过计算网格中空的(在表示网格的数组中值为0)格子的数量，如果没有这样的格子那么将返回true。is_winning将会检查这些连线，网格的行、列、以及对角线，依此来查看是否有哪位玩家已经获胜。

bool is_winning(tictactoe_status const & status, tictactoe_player const player) const
{
   auto mark = static_cast<char>(player);
   return 
      (status[0] == mark && status[1] == mark && status[2] == mark) ||
      (status[3] == mark && status[4] == mark && status[5] == mark) ||
      (status[6] == mark && status[7] == mark && status[8] == mark) ||
      (status[0] == mark && status[4] == mark && status[8] == mark) ||
      (status[2] == mark && status[4] == mark && status[6] == mark) ||
      (status[0] == mark && status[3] == mark && status[6] == mark) ||
      (status[1] == mark && status[4] == mark && status[7] == mark) ||
      (status[2] == mark && status[5] == mark && status[8] == mark);
}

bool is_full(tictactoe_status const & status) const 
{
   return 0 == std::count_if(std::begin(status), std::end(status), [](int const mark){return mark == 0;});
}

struct tictactoe_cell
{
   int row;
   int col;

   tictactoe_cell(int r = INT_MAX, int c = INT_MAX):row(r), col(c)
   {}

   bool is_valid() const {return row != INT_MAX && col != INT_MAX;}
};

std::pair<tictactoe_cell, tictactoe_cell> const get_winning_line() const
{
   auto mark = static_cast<char>(tictactoe_player::none);
   if(is_victory(tictactoe_player::computer))
      mark = static_cast<char>(tictactoe_player::computer);
   else if(is_victory(tictactoe_player::user))
      mark = static_cast<char>(tictactoe_player::user);

   if(mark != 0)
   {
      if(status[0] == mark && status[1] == mark && status[2] == mark) 
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(0,2));
      if(status[3] == mark && status[4] == mark && status[5] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(1,0), tictactoe_cell(1,2));
      if(status[6] == mark && status[7] == mark && status[8] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(2,0), tictactoe_cell(2,2));
      if(status[0] == mark && status[4] == mark && status[8] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(2,2));
      if(status[2] == mark && status[4] == mark && status[6] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,2), tictactoe_cell(2,0));
      if(status[0] == mark && status[3] == mark && status[6] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,0), tictactoe_cell(2,0));
      if(status[1] == mark && status[4] == mark && status[7] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,1), tictactoe_cell(2,1));
      if(status[2] == mark && status[5] == mark && status[8] == mark)
         return std::make_pair(tictactoe_cell(0,2), tictactoe_cell(2,2));
   }

   return std::make_pair(tictactoe_cell(), tictactoe_cell());
}

现在我们只剩下添加开始游戏功能和为网格放上棋子功能(电脑和玩家两者).

对于开始游戏，我们需要知道，由谁开始下第一个棋子，因此我们可以采取比较合适的策略（两种方式都需要提供，电脑先手或者玩家先手都要被支持）。同时，我们也需要重置表示网格的数组。方法start()对开始新游戏进行初始化。可以下的棋的策略的集合被再一次的初始化, 从stategy_x 或者strategy_o进行拷贝。从下面的代码可以注意到，strategy是一个std::set, 并且strategy_x或者strategy_o都是有重复单元的数组，因为在tictoctoe表里面的一些位置是重复的。这个std::set 是一个只包含唯一值的容器并且它保证了唯一的可能的位置(例如对于strategy_o来说，有一半是重复的)。<algorithm> 中的std::copy算法在这里被用来进行数据单元的拷贝，将当前的内容拷贝到std::set中，并且使用方法assign()来将std::array的所有的元素重置为0。

void start(tictactoe_player const player)
{
   strategy.clear();
   if(player == tictactoe_player::computer)
      std::copy(std::begin(strategy_x), std::end(strategy_x), 
                std::inserter(strategy, std::begin(strategy)));
   else if(player == tictactoe_player::user)
      std::copy(std::begin(strategy_o), std::end(strategy_o), 
                std::inserter(strategy, std::begin(strategy)));
                
   status.assign(0);
   
   started = true;
}

当玩家走一步时，我们需要做的是确保选择的网格是空的，并放置合适的标记。move()方法的接收参数是网格的坐标、玩家的记号，如果这一步有效时返回真，否则返回假。

bool move(tictactoe_cell const cell, tictactoe_player const player)
{
   if(status[cell.row*3 + cell.col] == 0)
   {
      status[cell.row*3 + cell.col] = static_cast<char>(player);
      
      if(is_victory(player))
      {
         started = false;
      }
      
      return true;
   }

   return false;
}

tictactoe_cell move(tictactoe_player const player)
{
   tictactoe_cell cell;

   strategy = lookup_strategy();

   if(!strategy.empty())
   {
      auto newstatus = lookup_move();

      for(int i = 0; i < 9; ++i)
      {
         if(status[i] == 0 && newstatus[i]==static_cast<char>(player))
         {
            cell.row = i/3;
            cell.col = i%3;
            break;
         }
      }

      status = newstatus;

      if(is_victory(player))
      {
         started = false;
      }
   }

   return cell;
}

2KB项目（www.2kb.com，源码交易平台）,提供担保交易、源码交易、虚拟商品、在家创业、在线创业、任务交易、网站设计、软件设计、网络兼职、站长交易、域名交易、链接买卖、网站交易、广告买卖、站长培训、建站美工等服务