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C++ 俄罗斯方块 | Tetris⚡YQW · Studio ⚡【无需下载图片】

news 来源：原创 2025/4/24 12:36:50

一、游戏架构概述：符号化方块的视觉呈现与数据建模

俄罗斯方块的核心视觉元素是由不同形状的方块组成的 “Tetromino”（四格骨牌），在 C++ 实现中，我们采用符号化表示法，通过字符矩阵模拟方块的形状。例如，用■（ASCII 码可自定义）表示单个方块单元，每个方块类型对应一个二维数组，数组中的非零值代表该位置存在方块单元。这种符号化设计既简化了图形渲染逻辑，又便于进行碰撞检测和坐标变换。

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一、游戏架构概述：符号化方块的视觉呈现与数据建模

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1.1 方块类型与形状定义

1.2 游戏区域的二维数组建模

二、核心功能模块解析：从用户输入到游戏状态更新

2.1 碰撞检测：游戏逻辑的基石

2.2 方块移动控制：响应玩家输入

2.3 方块旋转：形状变换的数学逻辑

三、游戏状态管理：从方块固定到得分系统

3.1 方块固定与满行消除

3.2 新方块生成与游戏结束判断

四、渲染系统设计：符号化界面的控制台实现

六、总结：从代码到编程思维的提升

五、完整代码框架与扩展方向

5.1 代码框架总览（简化版）

5.2 扩展功能建议

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1.1 方块类型与形状定义

游戏中共有 7 种基础方块类型（I、O、T、L、J、S、Z），每种类型包含 4 种旋转状态（0-3）。我们通过三维数组shapes[SHAPE_COUNT][ROTATION_COUNT][SIZE][SIZE]存储所有方块的形状数据。以 I 型方块为例：

// I型方块的4种旋转状态（竖放、横放、竖放、横放）
{{ {1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0} }, // 竖放{ {0,0,0,0}, {0,0,0,0}, {4,4,4,4}, {0,0,0,0} }, // 横放{ {1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0} }, // 竖放（与状态0相同）{ {0,0,0,0}, {0,0,0,0}, {4,4,4,4}, {0,0,0,0} }  // 横放（与状态1相同）
}

数组中的数值代表方块的颜色或类型标识（如 1 代表 I 型，2 代表 O 型等），后续渲染时可根据数值映射到不同符号（如■、□等）。

1.2 游戏区域的二维数组建模

游戏区域被抽象为一个FIELD_HEIGHT×FIELD_WIDTH的二维数组field，数组元素值为 0 表示空单元格，非零值表示该位置有方块。这种结构便于快速进行碰撞检测和满行判断。例如，当玩家操控的方块移动时，只需遍历方块的当前形状矩阵，将每个单元的坐标转换为field中的索引，即可判断是否与边界或已固定方块冲突。

二、核心功能模块解析：从用户输入到游戏状态更新

2.1 碰撞检测：游戏逻辑的基石

碰撞检测是俄罗斯方块的核心机制，决定了方块是否可以移动、旋转或下落。该功能通过checkCollision()函数实现，其逻辑可拆解为三个维度：

边界碰撞检测：确保方块不会超出游戏区域的左右边界（x∈[0, FIELD_WIDTH)）和底部边界（y∈[0, FIELD_HEIGHT)）。
固定方块碰撞检测：遍历游戏区域数组field，检查当前方块的目标位置是否已被其他方块占据（即field[realY][realX] != 0）。

旋转碰撞预判：在尝试旋转方块时，预先计算旋转后的形状矩阵，若与边界或固定方块冲突，则撤销旋转操作。

bool checkCollision() {for (int y = 0; y < SHAPE_SIZE; y++) {for (int x = 0; x < SHAPE_SIZE; x++) {int cell = shapes[currentShape][currentRotation][y][x];if (cell == 0) continue; // 跳过空白单元格int realX = currentX + x;int realY = currentY + y;// 边界碰撞：左、右、底部边界检测if (realX < 0 || realX >= FIELD_WIDTH || realY >= FIELD_HEIGHT) {return true;}// 顶部边界无需检测（方块可在顶部生成）// 固定方块碰撞检测if (realY >= 0 && field[realY][realX] != 0) {return true;}}}return false;
}

2.2 方块移动控制：响应玩家输入

玩家通过方向键（←→↑↓）控制方块移动，对应的函数moveLeft()、moveRight()、moveDown()和rotateShape()均基于碰撞检测结果实现。以水平移动为例：

左移逻辑：尝试将currentX减 1，调用checkCollision()检测是否合法，若碰撞则回退坐标。
自动下落：通过定时器周期性调用moveDown()，方块逐步下落，触底后通过fixShape()将方块固定到field数组，并触发满行检测。
```
void moveLeft() {currentX--;if (checkCollision()) {currentX++; // 碰撞回退}
}void moveDown() {currentY++;if (checkCollision()) {currentY--; // 回退到碰撞前位置fixShape(); // 固定方块checkLines(); // 检查消除行spawnNewShape(); // 生成新方块}
}
```
2.3 方块旋转：形状变换的数学逻辑

旋转功能通过改变currentRotation值实现，每次旋转时需重新计算方块的形状矩阵。以 T 型方块为例，其四种旋转状态对应不同的矩阵排列。旋转后若发生碰撞（如靠近边界或其他方块），则恢复原旋转状态，确保操作合法。
```
void rotateShape() {int originalRotation = currentRotation;currentRotation = (currentRotation + 1) % ROTATION_COUNT; // 切换旋转状态if (checkCollision()) { // 检测旋转后的碰撞currentRotation = originalRotation; // 碰撞则回退}
}
```
三、游戏状态管理：从方块固定到得分系统

3.1 方块固定与满行消除

当方块触底或接触其他方块时，通过fixShape()将方块的当前位置写入field数组，标记为固定方块。随后调用checkLines()遍历field的每一行，若某行所有单元格均为非零值（即满行），则执行消除操作：
得分计算：消除一行得 100 分，连续消除多行可叠加得分（如四行消除得 1000 分）。
行下移逻辑：从满行上方开始，将每一行数据复制到下一行，顶部生成新的空行。

void checkLines() {int linesCleared = 0;vector<int> fullRow(FIELD_WIDTH, 1); // 满行标识：全为非零值// 从下往上检查每一行for (int y = FIELD_HEIGHT - 1; y >= 0; y--) {if (field[y] == fullRow) { // 检测到满行// 删除该行，上方行下移for (int dy = y; dy > 0; dy--) {field[dy] = field[dy - 1];}// 顶部插入空行field[0] = vector<int>(FIELD_WIDTH, 0);linesCleared++;y++; // 重新检查当前行（因上方行下移后可能再次满行）}}// 更新得分（示例：每行100分，四行连消额外加分）if (linesCleared == 1) score += 100;else if (linesCleared == 2) score += 300;else if (linesCleared == 3) score += 700;else if (linesCleared == 4) score += 1500;
}

3.2 新方块生成与游戏结束判断

当固定方块后，通过spawnNewShape()在游戏区域顶部中心生成新方块。若新方块生成时立即发生碰撞（即顶部已被填满），则判定游戏结束。

void spawnNewShape() {currentShape = rand() % SHAPE_COUNT; // 随机生成方块类型currentRotation = 0; // 初始旋转状态为0currentX = FIELD_WIDTH / 2 - SHAPE_SIZE / 2; // 居中生成currentY = 0; // 顶部起始位置// 检测是否生成失败（顶部已满）if (checkCollision()) {gameOver = true;cout << "Game Over! Score: " << score << endl;}
}

四、渲染系统设计：符号化界面的控制台实现

在控制台环境下，通过cout输出符号矩阵实现游戏界面渲染。核心函数drawField()和drawShape()分别负责绘制固定方块和当前移动方块：

六、总结：从代码到编程思维的提升

俄罗斯方块的 C++ 实现涵盖了程序设计的多个核心要素：数据建模（二维数组、三维矩阵）、逻辑控制（碰撞检测、状态机）、用户交互（输入处理、界面渲染）。通过拆解这些模块，我们可以深入理解以下编程思维：

颜色映射：根据方块类型值（如 1-7）映射到不同颜色（通过 Windows API 设置控制台字体颜色）。

边框绘制：在游戏区域周围绘制边框，提升界面可读性。

void setColor(int color) {HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);SetConsoleTextAttribute(hConsole, color);
}void drawField() {system("cls"); // 清屏setColor(15); // 白色边框// 绘制顶部边框cout << "╔";for (int i = 0; i < FIELD_WIDTH * 2; i++) cout << "═";cout << "╗" << endl;// 绘制游戏区域for (int y = 0; y < FIELD_HEIGHT; y++) {cout << "║";for (int x = 0; x < FIELD_WIDTH; x++) {int cell = field[y][x];if (cell == 0) {cout << "  "; // 空单元格} else {setColor(cell); // 设置颜色cout << "■"; // 绘制方块符号}}setColor(15); // 恢复白色边框cout << "║" << endl;}// 绘制底部边框cout << "╚";for (int i = 0; i < FIELD_WIDTH * 2; i++) cout << "═";cout << "╝" << endl;// 绘制得分cout << "Score: " << score << endl;
}

五、完整代码框架与扩展方向

5.1 代码框架总览（简化版）

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <windows.h>using namespace std;// 常量定义
const int SHAPE_COUNT = 7;
const int ROTATION_COUNT = 4;
const int SHAPE_SIZE = 4;
const int FIELD_WIDTH = 10;
const int FIELD_HEIGHT = 20;
const int COLOR_I = 11;       // 青色
const int COLOR_O = 14;       // 黄色
const int COLOR_T = 10;       // 绿色
// 其他颜色定义...// 方块形状数据（简化示例，仅I型和O型）
int shapes[SHAPE_COUNT][ROTATION_COUNT][SHAPE_SIZE][SHAPE_SIZE] = {// I型{{{1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0}, {1,0,0,0}}, // 竖放{{0,0,0,0}, {0,0,0,0}, {1,1,1,1}, {0,0,0,0}}, // 横放// 其他旋转状态...},// O型{{{2,2}, {2,2}, {0,0}, {0,0}}, // 所有旋转状态相同// ...}// 其他方块类型...
};// 游戏状态
vector<vector<int>> field(FIELD_HEIGHT, vector<int>(FIELD_WIDTH, 0));
int currentX, currentY, currentShape, currentRotation;
int score = 0;
bool gameOver = false;// 函数声明
void initGame();
void handleInput();
void updateGame();
void renderGame();
// 其他函数声明...int main() {initGame();while (!gameOver) {handleInput();updateGame();renderGame();Sleep(100); // 控制游戏节奏}return 0;
}// 初始化游戏
void initGame() {srand(time(NULL));field = vector<vector<int>>(FIELD_HEIGHT, vector<int>(FIELD_WIDTH, 0));spawnNewShape();
}// 输入处理（简化，仅处理方向键）
void handleInput() {if (GetAsyncKeyState(VK_LEFT)) moveLeft();if (GetAsyncKeyState(VK_RIGHT)) moveRight();if (GetAsyncKeyState(VK_UP)) rotateShape();if (GetAsyncKeyState(VK_DOWN)) moveDown();
}

5.2 扩展功能建议

音效系统：通过Beep()函数或第三方库添加移动、旋转、消除音效。
预览功能：在界面右侧显示下一个方块的形状。
难度系统：根据得分提升方块下落速度。
抽象思维：将物理实体（方块、游戏区域）抽象为数据结构。
边界条件处理：碰撞检测、满行消除等逻辑需全面考虑各种极端情况。
模块化设计：将功能拆解为独立函数（如checkCollision()、fixShape()），提升代码可维护性。
性能优化：通过提前终止循环（如碰撞时立即返回）减少不必要计算。
- 存档功能：将最高分写入文件持久化存储。
- 图形化界面：使用 SFML、SDL 等库替换控制台渲染，实现更丰富的视觉效果。