C++语言设计实现五子棋

2023-09-07 21:37:05 171

本文为大家分享了C++五子棋的设计思路和设计实现，供大家参考，具体内容如下

算法思路：

在结束了对C++的学习之后，准备自己编制一些简单的练习程序。目前初步设想是编制一个人机对战的简易五子棋软件。以下为个人设计思考的过程。

首先，进行问题分析与设计。计划实现的功能为，开局选择人机或双人对战，确定之后比赛开始。比赛结束后初始化棋盘，询问是否继续比赛或退出。后续可加入复盘、悔棋等功能。整个过程中，涉及到了棋子和棋盘两种对象，同时要加上人机对弈时的AI对象，即涉及到三个对象。

棋盘类的设计。

数据存储：五子棋棋盘为15*15的网格结构，即一共有225个节点，每个节点有横竖坐标各一，同时每个节点状态有3种，黑，白，或者为空。可考虑采用二维数组来存储。每个节点三种状态，适合采用枚举(enum)类型。
-*实现功能*：1.棋盘对象应负责实时更新棋盘状态并对外显示，因此需要接收棋子对象的输入，同时需要对外输出。而棋盘对象不需要对棋子对象发送信息，所以可以设计棋盘类中更新棋盘状态的函数接收棋子对象作为形参。2.同时，在每次走棋之后，棋盘对象都要及时更新棋盘信息，即输出棋盘状态。3.而且，每次走棋之后更新输出之前，应该对棋子走棋是否符合规则以及输赢进行判定。若将规则判定单独封装为一个对象，则不方便调用棋盘信息，故将规则判定设计为棋盘类的成员函数，接收两个形参，一个是棋盘当前的状态，一个是即将走的下一步棋，即一个棋子对象。

设计棋子对象。棋子对象应包含两种信息。一是棋子颜色，二是当前要走的棋子的位置坐标，并保留对外输出的接口。

接下来细化规则判定函数。

首先进行走棋规则判定。接收当前棋子位置信息后，判定该位置是否越界或为空，若非空或者越界，则判定违规，抛掷异常，交付上级调用处理。
然后进行输赢判定。按照一定顺序对当前落子位置的相邻元素进行同色判定并计数。当发现某条直线上同色棋子超过四枚，则判定当前走棋方获胜。判定过程中同样需要注意是否越界。若均未构成五星连珠，则进入平局判定。
平局判定，遍历棋盘，统计空位，若空位为0，即棋盘已满，判定为平局。

接下来设计下棋AI。设计为一个棋子类型的函数，即接收当前棋盘状态和对方最后一次落棋，返回棋子对象类型。

对弈算法设计。

首先进行先后手判定：若棋盘为空则直接落子(8,8)，正中开局。
然后进行防守判定：针对对方上次落棋进行活棋检测，在横、竖、左斜、右斜四条直线上依次进行检测。在任意方向检测到四或活三，即可进行封堵操作，给出所有可行的封堵位置。若未检测到四或活三，则统计活二并给出所有可能的封堵位置。然后针对所有可能的封堵位置进行评分，选取分数最高的位置进行落子。若上述检测均未找到防守点，则转入进攻算法。
进攻算法：采用枚举，即暴力破解的方法。遍历整个棋盘的所有空位，并给出每个空位的评分，选取最高分进行落子。
活棋检测算法：给定参照棋子，在四个方向上分别检测。以横向检测为例，设参照棋子坐标为(x,y)，设定同色计数器count=1（计算同色棋子数目），设定封锁端统计量lock=0，设定已判断的方向统计judge=0。对x-1，判断节点状态，若同色计数器加1，继续判断x-2；若异色，则lock+1，judge+1，若judge=2，终止判断，若judge<2，反向判断x+1；若空白，judge+1，若judge=2，终止判断，若judge<2，反向判断。最后得到被封堵的端口数lock和同色数count。若lock=0，count=3或2，判定为活3或活2。若lock=1，count=4，判定为4，若lock=1，count=3，判定为半3。但是在这种算法中，关于空白的判定存在着一些问题。用0代表空白，用+代表同色，-代表异色，则当出现下列情况时：-0++0-，-+++0-，事实上是死棋，而+0++0，+0+++-，实际上相当于活3或半4。为此，需要对活2和半3的情况进行进一步筛选，即空白端应保证连续两个空白。在活棋检测过程中，如果遇到活3或者半4，则立即终止检测，返回落子的可能位置。若没有则记录活2半3的防守位置，换方向检测。最后返回一个棋子类的数组，包含所有建议的落子位置。若均无，则遍历棋盘，统计所有空白位置，返回。
落子位置评分算法：对活棋检测返回数组中的每个位置进行评分，即以该点为己方参照点，进行活棋检测，若有count=5，直接返回该落子位置。有活三或者半4，分数加20，有活2，分数加5，对角线有相邻同色，分数+2，有异色，分数-2，横竖有同色，分数+1，有异色，分数-1。最后排序，取最高分对应的落子，返回该落子。

接下来则是数据结构和对象设计及主函数调用实现：

类及类的实现

#defineRENJU_H
#include
#include
#include
#definehor7
#definever4
usingnamespacestd;


//用于记录坐标
structposition
{
intx;
inty;
position()
{
x=0;
y=0;
}
position(inta,intb)
{
x=a;
y=b;
}
};


//用于记录棋子颜色和节点状态
enumstate
{
blank=0,black=1,white=2


};


//用于存储棋局分析信息:未完赛，犯规，平局，黑方胜，白方胜
enumresult
{
go_on,error,draw,black_win,white_win
};


//设置光标
voidsetpos(COORDa)
{
HANDLEout=GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
SetConsoleCursorPosition(out,a);
}


//设置光标
voidsetpos(inti,intj)
{
COORDpos={i,j};
setpos(pos);
}


//绘图函数，用于在指定坐标输出指定字符
inlinevoidgps(intx,inty,charc)
{
setpos(y,x);
cout<=10)
cout<max)
max=a[i];
}
returnmax;
}


//检测是否符合胜利条件


//棋子类
classchess
{
public:
inlinechess(intx=0,inty=0,statec=blank)
{point.x=x,point.y=y;
color=c;
};
inlinechess(chess&ch)
{point=ch.drop_point();
color=ch.get_color();
}
~chess(){};
structpositiondrop_point()const;//用于向外部提供棋子位置
inlinestateget_color()const{returncolor;}//提供棋子颜色信息
voidset_point();//用于从外部获取棋子位置
voidset_point(intx,inty){point.x=x,point.y=y;}
voidset_point(positionp){point.x=p.x,point.y=p.y;}
voidset_color(statec){color=c;}//设置棋子颜色
private:
positionpoint;
enumstatecolor;
};


positionchess::drop_point()const
{
returnpoint;
}

voidchess::set_point()
{
if(color==black)
{
setpos(110,1);
cout<<"请黑方输入落子列数和行数，空格隔开：";
cin>>point.x>>point.y;
while(point.x<1||point.x>15)
{
setpos(110,1);
cout<<"列数输入超出范围，请重新输入1~15之间数字";
cin>>point.x;
}
while(point.y<1||point.y>15)
{
setpos(110,2);
cout<<"行数输入超出范围，请重新输入1~15之间数字";
cin>>point.y;
}
}
elseif(color==white)
{
setpos(110,1);
cout<<"请白方输入落子列数和行数，空格隔开：";
cin>>point.x>>point.y;
while(point.x<1||point.x>15)
{
setpos(110,1);
cout<<"列数输入超出范围，请重新输入1~15之间数字";
cin>>point.x;
}
while(point.y<1||point.y>15)
{
setpos(110,2);
cout<<"行数输入超出范围，请重新输入1~15之间数字";
cin>>point.y;
}
}
point.x--;
point.y--;
}


//棋盘类
classchessboard
{
public:
chessboard()
{
for(inti=0;i<15;i++)
for(intj=0;j<15;j++)
{
square[i][j]=blank;
}
}
chessboard(chessboard*cb)
{
for(inti=0;i<15;i++)
for(intj=0;j<15;j++)
{
square[i][j]=cb->viewboard(i,j);
}
}
inlinestateviewboard(positionp_c)const;//接收坐标，返回该位置的状态
inlinestateviewboard(intx,inty)const;//接收整数坐标，返回该位置的状态
voidupdate(chessch);//接收新棋子，更新棋盘状态
voiddisplay()const;//向外输出棋盘状态
resultjudge(chessch)const;//规则函数，判断走棋是否犯规和输赢
voidclear()//清空棋盘
{
for(inti=0;i<15;i++)
for(intj=0;j<15;j++)
{
square[i][j]=blank;
}
}
private:
statesquare[15][15];
};
intcheck_five(chessboardbd,chessch)
{
positionori=ch.drop_point();
intcount=1;//计数器，统计同色个数
intsum[4]={0};
boollocked=0;//逻辑标记量，用来标记是否遇到了非同色节点
//水平方向检测
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.x-i)>=0)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x-i,ori.y))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[0]=count-1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.x+i)<=14)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x+i,ori.y))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[1]=count-sum[0]-2;
sum[0]=count;
if(count>=5)
returncount;
//竖直方向检测
count=1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.y-i)>=0)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x,ori.y-i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[2]=count-1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.y+i)<=14)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x,ori.y+i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[3]=count-sum[2]-2;
sum[1]=count;
if(count>=5)
returncount;
//左上到右下斜向检测
count=1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.y-i)>=0)&&((ori.x-i)>=0)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x-i,ori.y-i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[4]=count-1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.x+i)<=14)&&((ori.y+i)<=14)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x+i,ori.y+i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[5]=count-sum[4]-2;
sum[2]=count;
if(count>=5)
returncount;
//左下到右上斜向检测
count=1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.y+i)<=14)&&((ori.x-i)>=0)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x-i,ori.y+i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[6]=count-1;
for(inti=0,locked=0;i<5&&((ori.x+i)<=14)&&((ori.y-i)>=0)&&(!locked);i++)//终止循环条件：同色超过4个或触碰到棋盘边界或遇到非同色节点
if(ch.get_color()==bd.viewboard(ori.x+i,ori.y-i))
count++;
else
if(i!=0)
locked=1;
//sum[7]=count-sum[6]-2;
sum[3]=count;
if(count>=5)
returncount;
returnMAX(sum,4);
}


statechessboard::viewboard(positionp_c)const
{
returnsquare[p_c.x][p_c.y];
}
statechessboard::viewboard(intx,inty)const
{
returnsquare[x][y];
}
voidchessboard::update(chessch)
{
positionpos=ch.drop_point();
square[pos.x][pos.y]=ch.get_color();
}


voidchessboard::display()const
{
system("cls");


for(inti=0;i<15;i++)//打印列坐标说明
{
gps(0,6+i*hor,i+1);
}
for(inti=0;i<15;i++)//打印列坐标说明
{
gps(16*ver,6+i*hor,i+1);
}
for(inti=0;i<15;i++)//打印行坐标说明
{
gps(3+i*ver,1,i+1);
}
for(inti=0;i<15;i++)//打印行坐标说明
{
gps(3+i*ver,1+16*hor,i+1);
}
for(inti=0,j=0;i<15;i++)
{
for(j=0;j<15;j++)
tab(1+i*ver,3+hor*j,square[j][i]);
}
cout<=5&&(set.get_color()==black))
returnblack_win;


if(check_five(*this,set)>=5&&(set.get_color()==white))
returnwhite_win;


for(inti=0;i<15;i++)
for(intj=0;j<15;j++)
{
if(square[i][j]==blank)
full=0;
}
if(full==1)
returndraw;
else
returngo_on;
}
#endif

主函数，应该再定义game类进行优化，不过设计的时候没有考虑周全，还是按照C的思想写了。

#include"ai.h"
#include


intmain()
{
system("modeconcols=150lines=150");
system("color27");
chessboardbd;
chessnow;
resultfinal;
intmode;
gps(5,40,"==============欢迎使用简易五子棋！==============");
gps(10,50,">>>>输入1或2进行模式选择<<<<");
gps(11,50,"<1>双人对战");
gps(12,50,"<2>人机对战");
do{
cout<>mode;
}while(mode!=1&&mode!=2);

//双人对战
if(mode==1)
{
loop1:now.set_color(black);//执黑先行
bd.clear();
bd.display();//初始化棋盘
setpos(110,0);
cout<<"对局开始，黑旗先行";
//循环判断上一次落子结果，收集下一次输入，直到棋局出结果
do{
now.set_point();//输入
final=bd.judge(now);
//判断是否违规
while(final==error)//犯规输入则重新输入
{
system("cls");
bd.display();
setpos(110,10);
cout<<"犯规(输入坐标已有棋子)!";
now.set_point();
final=bd.judge(now);
}
//正确落子后更新棋盘
bd.update(now);
bd.display();
//反转下一步走棋的颜色
if(now.get_color()==black)
now.set_color(white);
else
now.set_color(black);

}while(final==go_on);
switch(final)
{
casego_on:
break;
caseerror:
break;
casedraw:
setpos(110,10);
cout<<"平局:游戏结束";
break;
caseblack_win:
setpos(110,10);
cout<<"黑旗获胜:游戏结束";
break;
casewhite_win:
setpos(110,10);
cout<<"白旗获胜:游戏结束";
break;
default:
break;
}
setpos(110,11);
cout<<"是否继续下一局？Y/N";
charflag;
cin>>flag;
if(flag=='Y')
gotoloop1;
}
if(mode==2)
{
chessai_ch;
system("cls");
gps(5,40,"==============欢迎使用简易五子棋！==============");
gps(10,50,">>>>输入1或2进行模式选择<<<<");
gps(11,50,"<1>执黑先行");
gps(12,50,"<2>执白后行");
do{
cout<>mode;
}while(mode!=1&&mode!=2);
if(mode==1)
{
loop2:now.set_color(black);//执黑先行
bd.clear();
bd.display();//初始化棋盘
Aiafago(bd,white);
setpos(110,0);
cout<<"对局开始，请您落子";
now.set_point();
bd.update(now);
ai_ch.set_color(white);
ai_ch.set_point(left(now.drop_point(),false));
bd.update(ai_ch);
bd.display();
//循环判断上一次落子结果，收集下一次输入，直到棋局出结果
do{
now.set_point();//输入
final=bd.judge(now);
//判断是否违规
while(final==error)//犯规输入则重新输入
{
system("cls");
bd.display();
setpos(110,10);
cout<<"犯规(输入坐标已有棋子)!";
now.set_point();
final=bd.judge(now);
}
//正确落子后更新棋盘
bd.update(now);
if(final!=black_win)
{
ai_ch=afago.set_chess();
final=bd.judge(ai_ch);
bd.update(ai_ch);
bd.display();
}else{bd.display();}
}while(final==go_on);
switch(final)
{
casego_on:
break;
caseerror:
break;
casedraw:
setpos(110,10);
cout<<"平局:游戏结束";
break;
caseblack_win:
setpos(110,10);
cout<<"恭喜您棋艺高超，战胜了AI:游戏结束";
break;
casewhite_win:
setpos(110,10);
cout<<"电脑获胜，请继续努力提高自己:游戏结束";
break;
default:
break;
}
setpos(110,11);
cout<<"是否继续下一局？Y/N";
charflag;
cin>>flag;
if(flag=='Y')
gotoloop2;
}
if(mode==2)
{
loop3:ai_ch.set_color(black);//AI执黑先行
now.set_color(white);
bd.clear();//初始化棋盘
Aiafago(bd,black);
ai_ch.set_point(7,7);
bd.update(ai_ch);
bd.display();
setpos(110,0);
cout<<"对局开始，请您落子";
//循环判断上一次落子结果，收集下一次输入，直到棋局出结果
do{
now.set_point();//输入
final=bd.judge(now);
//判断是否违规
while(final==error)//犯规输入则重新输入
{
system("cls");
bd.display();
setpos(110,10);
cout<<"犯规(输入坐标已有棋子)!";
now.set_point();
final=bd.judge(now);
}
//正确落子后更新棋盘
bd.update(now);
if(final!=white_win)
{
ai_ch=afago.set_chess();
final=bd.judge(ai_ch);
bd.update(ai_ch);
bd.display();
}else{bd.display();}
}while(final==go_on);
switch(final)
{
casego_on:
break;
caseerror:
break;
casedraw:
setpos(110,10);
cout<<"平局:游戏结束";
break;
casewhite_win:
setpos(110,10);
cout<<"恭喜您棋艺高超，战胜了AI:游戏结束";
break;
caseblack_win:
setpos(110,10);
cout<<"电脑获胜，请继续努力提高自己:游戏结束";
break;
default:
break;
}
setpos(110,11);
cout<<"是否继续下一局？Y/N";
charflag;
cin>>flag;
if(flag=='Y')
gotoloop3;
}
}
return0;

}

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C++语言设计实现五子棋

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