Question

一、实验说明

1. 环境登录

无需密码自动登录，系统用户名 shiyanlou。

2. 环境介绍

本实验环境采用带桌面的 Ubuntu Linux 环境，实验中会用到桌面上的程序：

1. LX 终端（LXTerminal）：Linux 命令行终端，打开后会进入 Bash 环境，可以使用 Linux 命令。
2. GVim：非常好用的编辑器，最简单的用法可以参考课程 Vim 编辑器 。

3.环境使用

使用 GVim 编辑器输入实验所需的代码及文件，使用 LX 终端（LXTerminal）运行所需命令进行操作。 实验报告可以在个人主页中查看，其中含有每次实验的截图及笔记，以及每次实验的有效学习时间（指的是在实验桌面内操作的时间，如果没有操作，系统会记录为发呆时间）。这些都是您学习的真实性证明。

4. 项目介绍

这次我们的项目是 flappy bird 游戏，准备好砸你的键盘吧。

最终效果图是这样的：

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二、项目准备

1. 基础知识

我们的项目用到了一点数据结构的知识，还涉及到了 linux 的一些系统调用，有助于我们加深对 linux 下的程序设计的深入理解。此外，我们还用了一个文本界面的屏幕绘图库 ncurses。因此编译时需要加上 -lcurses 选项。

安装 ncurses 库

sudo apt-get install libncurses5-dev

2. 设计思路

我们的 flappy bird 游戏里最关键的两点就是响应键盘输入和定时绘图。这就需要结合 linux 提供的系统函数和我们使用的 ncurses 库来完成了。另一个问题是如何使 bird 能看起来像是在向前飞一样，如果一直移动 bird 势必会超出屏幕范围。我们不妨反过来想，让 bird 一直保持在原地，而让背景一直向 bird 的方向移动。这样，就造成了好像 bird 一直向前移动的效果。

三、常量定义

让我们先来完成一些基础工作，因为我们是终端字符界面，所以一切离不开 ASCII 字符，我们需要定义一些常量。我们用 * 来表示背景里的柱子，用 O 来表示 bird。好了，代码如下：

  #include <curses.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <signal.h>
  #include <sys/time.h>

  #define CHAR_BIRD 'O'
  #define CHAR_STONE '*'
  #define CHAR_BLANK ' '

背景上的柱子用链表结构表示，定义为结构体如下：

  typedef struct node {
    int x, y;
    struct node *next;
  }node, *Node;

还需要几个全局变量：

  Node head, tail;
  int bird_x, bird_y;
  int ticker;

为了调用起来方便，我们先声明一下我们定义的函数：

  void init();
  void init_bird();
  void init_draw();
  void init_head();
  void init_wall();
  void drop(int sig);
  int set_ticker(int n);

四、定时问题

现在我们来解决如何让背景定时移动的问题。linux 系统为我们提供了信号这一概念，可以解决我们的问题。不知道什么是信号？没关系，说白了就是 linux 内核有个定时器，它每隔一段时间就会向我们的程序发送一个信号，我们的信号接收函数就会被自动执行，我们只要在接受信号的函数里移动背景就行了。因为是内核发送的信号，所以不会因为我们的键盘接受阻塞而阻塞。下面就来写我们的代码：

    int set_ticker(int n_msec)
    {
      struct itimerval timeset;
      long n_sec, n_usec;

      n_sec = n_msec / 1000;
      n_usec = (n_msec % 1000) * 1000L;

      timeset.it_interval.tv_sec = n_sec;
      timeset.it_interval.tv_usec = n_usec;

      timeset.it_value.tv_sec = n_sec;
      timeset.it_value.tv_usec = n_usec;

      return setitimer(ITIMER_REAL, &timeset, NULL);
    }

以上代码用来设定内核的定时周期，下面是我们的信号接受函数：

  void drop(int sig)
  {
    int j;
    Node tmp, p;
  //draw bird
    move(bird_y, bird_x);
    addch(CHAR_BLANK);
    refresh();
    bird_y++;
    move(bird_y, bird_x);
    addch(CHAR_BIRD);
    refresh();
    if((char)inch() == CHAR_STONE) {
      set_ticker(0);
      sleep(1);
      endwin();
      exit(0);
    }
  //first wall out of screen?
    p = head->next;
    if(p->x < 0) {
      head->next = p->next;
      free(p);
      tmp = malloc(sizeof(node));
      tmp->x = 99;
      do {
        tmp->y = rand() % 16;
      } while(tmp->y < 5);
      tail->next = tmp;
      tmp->next = NULL;
      tail = tmp;
      ticker -= 10;  //speed up!
      set_ticker(ticker);
    }
  //draw new walls
    for(p = head->next; p->next != NULL; p->x--, p = p->next) {
      for(j = 0; j < p->y; j++) {
        move(j, p->x);
        addch(CHAR_BLANK);
        refresh();
      }
      for(j = p->y+5; j <= 23; j++) {
        move(j, p->x);
        addch(CHAR_BLANK);
        refresh();
      }

      if(p->x-10 >= 0 && p->x < 80) {
        for(j = 0; j < p->y; j++) {
          move(j, p->x-10);
          addch(CHAR_STONE);
          refresh();
        }
        for(j = p->y + 5; j <= 23; j++) {
          move(j, p->x-10);
          addch(CHAR_STONE);
          refresh();
        }
      }
    }
    tail->x--;
  }

我们在信号接收函数里将背景向前移动一列，并且让 bird 向下掉落一行，而且要检测 bird 是否撞到柱子，是的话就 game over 了。

五、main 函数

先看看代码：

  int main()
  {
    char ch;

    init();
    while(1) {
      ch = getch();
      if(ch == ' ' || ch == 'w' || ch == 'W') {
        move(bird_y, bird_x);
        addch(CHAR_BLANK);
        refresh();
        bird_y--;
        move(bird_y, bird_x);
        addch(CHAR_BIRD);
        refresh();
        if((char)inch() == CHAR_STONE) {
          set_ticker(0);
          sleep(1);
          endwin();
          exit(0);
        }
      }
      else if(ch == 'z' || ch == 'Z') {
        set_ticker(0);
        do {
          ch = getch();
        } while(ch != 'z' && ch != 'Z');
        set_ticker(ticker);
      }
      else if(ch == 'q' || ch == 'Q') {
        sleep(1);
        endwin();
        exit(0);
      }
    }

    return 0;
  }

我们在 main 函数里先做好初始化，然后在循环中接受键盘输入。如果是 w 或空格键被按下，我们的 bird 就向上飞两行，如果是 q 被按下就退出游戏，z 被按下游戏则会暂停。

下面看一下 init 函数：

  void init()
  {
    initscr();
    cbreak();
    noecho();
    curs_set(0);
    srand(time(0));
    signal(SIGALRM, drop);

    init_bird();
    init_head();
    init_wall();
    init_draw();
    sleep(1);
    ticker = 500;
    set_ticker(ticker);
  }

init 函数首先初始化屏幕，调用了 ncurses 提供的函数，然后调用各个子函数进行初始化。注意，我们安装了信号接收函数 drop，并且设定了定时时间。各个初始化子函数如下。

初始化 bird 位置:

  void init_bird()
  {
    bird_x = 5;
    bird_y = 15;
    move(bird_y, bird_x);
    addch(CHAR_BIRD);
    refresh();
    sleep(1);
  }

初始化背景里的柱子链表结构:

  void init_head()  //with header
  {
    Node tmp;

    tmp = malloc(sizeof(node));
    tmp->next = NULL;
    head = tmp;
    tail = head;
  }

  void init_wall()
  {
    int i;
    Node tmp, p;

    p = head;
    for(i = 19; i <= 99; i += 20) {
      tmp = malloc(sizeof(node));
      tmp->x = i;
      do {
        tmp->y = rand() % 16;
      }while(tmp->y < 5);
      p->next = tmp;
      tmp->next = NULL;
      p = tmp;
    }
    tail = p;
  }

初始化屏幕:

  void init_draw()
  {
    Node p;
    int i, j;

    for(p = head->next; p->next != NULL; p = p->next) {
      for(i = p->x; i > p->x-10; i--) {
        for(j = 0; j < p->y; j++) {
          move(j, i);
          addch(CHAR_STONE);
          refresh();
        }
        for(j = p->y+5; j <= 23; j++) {
          move(j, i);
          addch(CHAR_STONE);
          refresh();
        }
      }
      sleep(1);
    }
  }

六、编译

gcc flappy_bird.c -o flappy_bird -lcurses

到此，我们的 flappy_bird 游戏就完成了。

七、作业思考

定时问题和游戏难度的关系是怎样的？