C++语言设计实现五子棋

2018-09-28 14:28:51 作者：black_kyatu

这篇文章主要为大家详细介绍了C++语言设计实现五子棋，包括数据结构和对象设计及主函数调用实现，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下

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

#define RENJU_H
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <string>
#define hor 7
#define ver 4
using namespace std;


//用于记录坐标
struct position
{
 int x;
 int y;
 position()
 {
 x = 0;
 y = 0;
 }
 position(int a,int b)
 {
 x = a;
 y = b;
 }
};


//用于记录棋子颜色和节点状态
enum state
{
 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
enum result
{
 go_on,error,draw,black_win,white_win
};


// 设置光标
void setpos(COORD a) 
{
 HANDLE out = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
 SetConsoleCursorPosition(out, a);
}


// 设置光标
void setpos(int i, int j)
{
 COORD pos = { i, j };
 setpos(pos);
}


//绘图函数，用于在指定坐标输出指定字符
inline void gps(int x,int y,char c)
{
 setpos(y,x);
 cout<<c;
}


//绘图函数，用于在指定坐标输出整数
inline void gps(int x,int y,int i)
{
 setpos(y,x);
 if(i>=10)
 cout<<i;
 else
 cout<<0<<i;
}


//绘图函数，用于在指定坐标输出字符串
inline void gps(int x,int y,string s)
{
 setpos(y,x);
 cout<<s;
}


//绘图函数，用于在给定坐标打印棋盘中的一格
void tab(int x,int y,state str)
{
 string s;
 switch (str)
 {
 case blank:
 s=" "; 
 break;
 case black:
 s="黑";
 break;
 case white:
 s="白";
 break;
 default:
 break;
 }
 setpos(y,x);
 cout<<" ------ ";
 setpos(y,x+1);
 cout<<"|  |";
 setpos(y,x+2);
 cout<<"| "<<s<<" |";
 setpos(y,x+3);
 cout<<"|  |";
 setpos(y,x+4);
 cout<<" ------ ";
}


//查找最大值
int MAX(const int *a,int n)
{
 int max = a[0];
 for(int i =1; i < n ;i++)
 {
 if(a[i] > max)
 max = a[i];
 }
 return max;
}


//检测是否符合胜利条件


//棋子类
class chess
{
public:
 inline chess(int x=0,int y=0,state c=blank)
 { point.x=x,point.y=y;
 color=c;
 };
 inline chess(chess &ch) 
 { point=ch.drop_point();
 color=ch.get_color();
 }
 ~chess(){};
 struct position drop_point()const;//用于向外部提供棋子位置
 inline state get_color() const { return color;}//提供棋子颜色信息
 void set_point();//用于从外部获取棋子位置
 void set_point(int x,int y){ point.x=x,point.y=y;}
 void set_point(position p){ point.x=p.x,point.y=p.y;}
 void set_color(state c){ color=c;}//设置棋子颜色
private:
 position point;
 enum state color;
 };


position chess::drop_point()const
{
 return point; 
}
 
void chess::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;
 }
 }
 else if(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
class chessboard
{
public:
 chessboard()
 {
 for(int i=0;i<15;i++)
 for(int j=0;j<15;j++)
 {
 square[i][j]=blank;
 }
 }
 chessboard(chessboard *cb)
 {
 for(int i=0;i<15;i++)
 for(int j=0;j<15;j++)
 {
 square[i][j]=cb->viewboard(i,j);
 }
 }
 inline state viewboard(position p_c) const;//接收坐标，返回该位置的状态
 inline state viewboard(int x,int y) const;//接收整数坐标，返回该位置的状态
 void update(chess ch);//接收新棋子，更新棋盘状态
 void display()const;//向外输出棋盘状态
 result judge(chess ch)const;//规则函数，判断走棋是否犯规和输赢
 void clear()//清空棋盘
 {
 for(int i=0;i<15;i++)
 for(int j=0;j<15;j++)
 {
 square[i][j]=blank;
 }
 }
private:
 state square[15][15];
};
int check_five(chessboard bd,chess ch)
{
 position ori=ch.drop_point();
 int count=1;//计数器，统计同色个数
 int sum[4]={0};
 bool locked=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(int i=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(int i=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)
 return count;
 //竖直方向检测
 count=1;
 for(int i=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(int i=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)
 return count;
 //左上到右下斜向检测
 count=1;
 for(int i=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(int i=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)
 return count;
 //左下到右上斜向检测
 count=1;
 for(int i=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(int i=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)
 return count;
 return MAX(sum,4);
}


state chessboard::viewboard(position p_c) const
{
 return square[p_c.x][p_c.y];
}
state chessboard::viewboard(int x,int y) const
{
 return square[x][y];
}
void chessboard::update(chess ch)
{
 position pos=ch.drop_point();
 square[pos.x][pos.y]=ch.get_color();
}


void chessboard::display()const
{
 system("cls");


 for(int i=0;i<15;i++)//打印列坐标说明
 {
 gps(0,6+i*hor,i+1);
 }
 for(int i=0;i<15;i++)//打印列坐标说明
 {
 gps(16*ver,6+i*hor,i+1);
 }
 for(int i=0;i<15;i++)//打印行坐标说明
 {
 gps(3+i*ver,1,i+1);
 }
 for(int i=0;i<15;i++)//打印行坐标说明
 {
 gps(3+i*ver,1+16*hor,i+1);
 }
 for(int i=0,j=0;i<15;i++)
 {
 for(j=0;j<15;j++)
 tab(1+i*ver,3+hor*j,square[j][i]);
 }
 cout<<endl;
}
result chessboard::judge(chess set)const
{
 bool full=1;
 if(viewboard(set.drop_point())!=blank)
 {
 return error;
 }


 if(check_five(*this,set)>=5&&(set.get_color()==black))
 return black_win;


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


 for(int i=0;i<15;i++)
 for(int j=0;j<15;j++)
 {
 if(square[i][j]==blank) 
 full=0;
 }
 if(full==1)
 return draw;
 else
 return go_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 <stdlib.h>


int main()
{
 system("mode con cols=150 lines=150 ");
 system("color 27");
 chessboard bd;
 chess now;
 result final;
 int mode;
 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<<endl<<"         input mode:";
 cin>>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)
 {
 case go_on:
 break;
 case error:
 break;
 case draw:
 setpos(110,10);
 cout<<"平局:游戏结束";
 break;
 case black_win:
 setpos(110,10);
 cout<<"黑旗获胜:游戏结束";
 break;
 case white_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";
 char flag;
 cin>>flag;
 if(flag == 'Y')
 goto loop1;
 }
 if(mode == 2)
 {
 chess ai_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<<endl<<"         input mode:";
 cin>>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
 Ai afago(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)
 {
 case go_on:
  break;
 case error:
  break;
 case draw:
  setpos(110,10);
  cout<<"平局:游戏结束";
  break;
 case black_win:
  setpos(110,10);
  cout<<"恭喜您棋艺高超，战胜了AI:游戏结束";
  break;
 case white_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";
 char flag;
 cin>>flag;
 if(flag=='Y')
 goto loop2;
 }
 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
 Ai afago(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)
 {
 case go_on:
  break;
 case error:
  break;
 case draw:
  setpos(110,10);
  cout<<"平局:游戏结束";
  break;
 case white_win:
  setpos(110,10);
  cout<<"恭喜您棋艺高超，战胜了AI:游戏结束";
  break;
 case black_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";
 char flag;
 cin>>flag;
 if(flag=='Y')
 goto loop3;
 }
 }
 return 0;
 
}

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C++语言设计实现五子棋

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