一 简介
本文将细致地介绍用C#来实现游戏Reversi的完整过程游戏界面如下图所示
二 背景
我最开始写这个程序是为了作为学习C#编程的一个练习Reversi或Othello一是一个相当有趣且相当流行的游戏它仅要求几个基本元素和简单的游戏规则所以它是学习一个新的编程环境的良好选择
该程序的第一个版本是一个可玩的游戏但是缺乏一些计算机平板游戏的常规特性例如撤消移动的能力因此在又学习了NET编程的一些技巧后我又对该游戏进行了改进修改后的游戏在原先的图形和人工智能方面增加了一些新特性并作了性能上的改进
三 使用代码
你只要编译源文件并运行结果可执行文件Reversiexe即可开始玩这个游戏使用菜单或工具栏你可以进行多方面的选择和设置你不妨试着在游戏中间缩放窗户改变颜色或交换边界来观察所发生的情况
你可能注意在你退出该游戏时该程序将创造一文件ReversiXML这个文件被使用于保存多方面设置例如游戏选项窗户大小和位置以及进行玩家统计它们在游戏重新开始时被重载
四 帮助文件
本文还提供一个Windows帮助文件包括完整的源代码你可以在文档的help files子目录找到它为了使这个帮助文件可应用于该程序只需简单地把文件Reversichm复制到可执行文件Reversiexe所在位置即可当然没有它你也可以运行此游戏但是如果点击Help Topics选项将显示一个错误的话说明该游戏主程序不能发现帮助文件
所有用于创建这个帮助文件的源文件包括在那个子目录下你可以使用微软的HTML Help Workshop对之进行编辑并且重新编译它
五 兴趣点
相应的源文件已经被很好的注释过了读者可以很容易的看懂现在让我们分析一下本游戏中几个有趣的方面
(一) 游戏AI
本游戏的一个很有意思的地方是计算游戏玩家的移动所以值得讨论本游戏使用一标准的最小最大向前看算法来确定玩家的最佳移动Alphabeta pruning被使用于改进向前搜索的效率如果你不熟悉最小最大向前看算法和/或alphabeta pruning你可以用Google搜索来找到大量的相关信息和示例
当然在游戏中可能存在的太多的移动顺序将导致一个相当费时的向前搜索要生成所有可能的移动组合需要花太长的时间这里的例外是在游戏的结束时此时仅剩下很少的几个方格大约十或二十个此时可以进行全部的搜索并且这时可能找到玩家的最佳移动结果
但是在大多数情况中向前搜索深度必须被限定到一个数目(这基于游戏的难度设置)因此对于每一系列可能的行动和反向移动搜索必须计算最后的游戏平板以决定哪个玩家最有机会赢得游戏该计算是通过使用下列标准来计算一个等级
·输掉让你的对手没有合法的移动可以迫使他输掉这一回合从而使你更有利于能够在一行中再次（或多次）移动
·可移动性这是一种测算你可以做出多少次合法的行动从而留给你的对手多少次合法的行动类似于输掉其思想是减少你的对手的选择从而最大化你自己的选择
·边界一个边界圆盘是邻近一个空的方格的地方一般地拥有大量的边界圆盘会给你的对手在随后的回合中更多的可移动性相反拥有较少的边界圆盘意味着你的对手将在后面有较少的可移动性这种得分反应了你的边界圆盘相对于你的对手的边界圆盘数
·稳定性角圆盘是稳定的它们永不会被翼侧包围随着游戏的进展另外的圆盘也将变为稳定的这种得分反应了你的稳定圆盘数相对于你的对手的稳定圆盘数
·得分这是在平板上你的圆盘数相对于你的对手的圆盘数之差
不同的权值分别被赋给这里的每一种得分（这再次依赖于游戏的当前难度设置）通过每一种标准得分乘以它的相应权值然后把这些值加在一起一个平板即被赋予一个等级一个大的负数等级代表一个平板有利于黑棋而一个大的正数等级代表一个平板有利于白棋因此对于一个可能的移动集合计算机将为当前选定颜色一方选择最可能导致最高等级的那个移动
一个常数maxRank被用于一场游戏的结束它被设置为SystemIntMaxValue这可以确保任何会导致游戏结束的移动将总是比其它移动具有更高的等级(负数或正数)
从系统的最大整数值减去允许我们把最后的得分添加到等级上这样赢得个圆盘将比赢得个圆盘具有高的等级这可以使得计算机玩家在赢了时最大化自己的得分(或在输了时最小化对手玩家的得分)
当前的实现还不能匹配更好的AI玩家但是如果它和一个小人对手(至少这个小人对手)玩得话已经比较难了同样如果你用Google搜索一下会找到许多描述此游戏策略和AI方法的资源
(二) 游戏部件
平板类
Board类描述了一个游戏平板它使用一个二维数组来跟蹤每个平板方格的内容它可以是定义在类中的下列的常数值之一
·Black=
·Empty=
·White=
该类提供了两个构造器一个用于创建一个新的空的平板而另一个创建一个已存在平板的拷贝
它提供象MakeMove()这样的公共方法这个方法把一个圆盘添加到平板上并能翻动任何可翼侧包围的对手圆盘例如IsValidMove()可被用来确定是否一个给定的移动对于一个给定玩家是有效的如果该给定玩家不能作任何合法的移动HasAnyValidMove()将返回false
另外它还为每一个玩家跟蹤圆盘的数目该数目被用于机器的移动AI例程这些数目包括圆盘总数边界圆盘数和每种颜色的安全圆盘(或未翻动的圆盘)数
移动结构
在主要的ReversiForm类中定义了一对结构用于存储游戏移动这两个结构都包含了一个行与列索引对以相应于一个特别的平板方格
ComputerMove结构用于计算机AI除了移动位置之外它还有一个等级成员这是被用于跟蹤一次移动的好或坏这是在向前搜索过程中决定的
MoveRecord结构用于存储在游戏中每次移动的信息为了允许移动的撤消/重做特性建立了一个数组来跟蹤每一轮游戏中的该平板一次移动记录包含一个描述这次特定移动之前的游戏平板还有用来指示哪一个玩家将做下次移动的值针对每个玩家的每次移动建立一个相应的数组以允许游戏复位到在移动过程中的任一点的状态
RestoreGameAt()方法实现把游戏复位到一个特定的移动数字尽管它潜在地允许游戏可以恢复到当前移动历史中的任何移动但是主表单程序中的菜单和工具条选项目前仅提供了一次移动的撤消/重做或所有移动的撤消/重做一种将来的增加可能是允许用户点击移动列表中的项来把游戏恢复相应的移动数字
(三) 图形和用户接口
游戏平板
平板上的方格被一个叫SquareControl的用户控件所描述对于每个方格都有一个这种控件显示于游戏平板上该控件包含信息用于显示方格和它的内容(空的或一个黑的或白的圆盘)包括圆盘动画和任何高亮
显示圆盘
每一个圆盘被动态绘制其基本形状是一个圆具有某种高亮和一个阴影来给它一个伪装的D外观这些形状被按比例缩放依赖于方形控制的当前尺寸通过以这种方式对其着色代之使用静态的图像平板可以被动态地调整大小以匹配表单窗口的大小
在ReversiForm内部控制的方格控件的Click事件允许用户一次移动到一个特定的方格(假定它是一个合法的移动)同样当这些选项激活时MouseMove和MouseLeave事件被控制通过有效的移动或预览一次移动来更新平板显示
移动动画
圆盘反转动画是通过使用一个定义在SquareControl类中的计数器并伴随一个SystemWindowsFormsTimer定时器实现的基本上这是一个被操作系统所控制的线程它周期性地引发一个你的表单应用程序能够响应的事件
在做一次移动后如果移动动画选项处于活动状态每个受影响的方格控制把它的计数器初始化并且激活定时器在每次时钟滴答响时主表单的AnimateMove()方法被调用(见下面)这个方法更新方格计数器并且重画它们的显示该动画基本上包含把圆盘形状从一个圆改变成一个更扁的椭圆然后又变回到一个完整的圆只是以相反的颜色罢了这个动画的光滑度和速度依赖于初始的计数值的大小(由常数SquareControlAnimationStart所设置)和时钟多长时间滴答响一次(由主表单中的常数animationTimerInterval所设置)
(四) 玩游戏
下列变量用于控制一次游戏过程:
//游戏参数
private GameState gameState;
private int currentColor;
private int moveNumber;
moveNumber应该是显然的currentColor显示现在轮着哪一个玩家移动(黑色或白色)gameState被设置为下列枚举值之一
//定义游戏的状态
private enum GameState{
GameOver //游戏完了(也适合于起始的状态)
InMoveAnimation //产生一次移动并且该动画是活动的
InPlayerMove //等待用户移动
InComputerMove //等待计算机移动
MoveCompleted //一次移动完成
//(包括动画如果是活动的)
}
大多数游戏都是在事件驱动下玩的因此gameState的使用允许各种事件处理器来决定要采取的适当行动例如当用户点击平板方格SquareControl_Click()被调用如果游戏状态是InPlayerMove则在那个方格上作一次移动但是如果游戏在其它状态则说明还没轮到用户移动所以这次点击将被忽略
同样如果用户点击工具条Undo Move按钮我们想要检查该游戏状态来看一下是否需要做任何事情在把游戏复位到前一次移动之前例如如果状态是InMoveAnimation那么动画定时器需要停下来而该方格控制需要它们的计时器并且显示重置如果状态是InComputerMove那么该程序现在在用一个独立的线程进行一次向前搜索(见下面)它将需要停下来
程序流程
下图说明了在一个游戏过程中的通用程序流程
StartTurn()在每次游戏的开始当任何一个玩家做一次移动后以及无论何时执行一次撤消/重做之后被调用它负责评估游戏状况并且为下次移动作准备
它首先检查是否当前玩家能够作一合法的移动如果不能它切换到其它玩家并且检查是否那个玩家有任何合法的移动当两个玩家都不能移动时根据规则游戏结束并且它将结束该游戏
否则该函数将为当前玩家作出移动作好准备如果当前玩家在用户控制下它简单地退出然后用户通过在一个有效的方形上点按鼠标指针或通过输入一个有效的列字母和行数字可以作一次移动这将导致一次对MakePlayerMove()的调用它完成一些清理工作然后调用MakeMove()来实现移动如果当前玩家在计算机控制下它就启动向前搜索以找到最佳移动
使用一个工作者线程
因为向前搜索是深度优先计算的所以它被用一个工作者线程来专门实现否则主表单屏幕将被冻结并且在计算最佳移动时响应滞后因此StartTurn()创建一个工作者线程来执行CalculateComputerMove()方法并且启动它
锁机制被用在主游戏平板对象上以防止不满足游戏条件作为一个例子MakeComputerMove()和UndoMove()方法都因游戏平板而改变这两个方法首先试图把一个锁放在它上面因此如果一个方法碰巧被调用而另一个正在更新该平板时它将被强迫等待直到那些变化完成并且该锁被释放为止
一旦发现一个移动CalculateComputerMove()方法完成一次回调以在主表单屏幕上运行MakeComputerMove()这个方法锁定平板并调用MakeMove()来实现移动
实现移动
MakeMove()完成实际的平板更新把新的圆盘放置到指定的位置它也实现一些维护如撤消/重做移动历史和高亮搬迁任何方形等
然后如果移动动画选项置为Off状态它简单地调用EndMove()它将切换当前颜色并以一个对StartTurn()的调用启动下一个回合
但是如果动画选项置为On状态它将代之来初始化圆盘使其动起来并且启动动画定时器如以前所讨论的该定时器将会使AnimateMove()每几个毫秒运行一次更新显示并且相应地每次减少动画计数器最后该计数器将到点而AnimateMove()将调用EndMove()来完成移动
(五) 未来的增强
在玩家AI方面还有很大的改进余地向前搜索算法可以被扩充用打开的移动或一系列被预先定级别的角和边模式可以使用选择性深度这样查找深度可以针对对游戏有较强影响的移动（例如在角落附近）而加以扩展另外的改进将是存储向前搜索树这将使它被搜索到一个更深的层次因为该程序不会在每次重新生成相同的移动
