贪吃蛇游戏（2） - 《Qt 学习之路 2》

下面我们继续上一章的内容。在上一章中，我们已经完成了地图的设计，当然是相当简单的。在我们的游戏中，另外的主角便是蛇和食物。下面我们便开始这部分的开发。

我们的地图是建立在QGraphicsScene的基础之上的，所以，里面的对象应该是QGraphicsItem实例。通常，我们会把所有的图形元素（这里便是游戏中需要的对象，例如蛇、食物等）设计为QGraphicsItem的子类，在这个类中添加绘制自身的代码以及动画逻辑。这也是面向对象的开发方式：封装自己的属性和操作。在我们的游戏中，应该有三个对象：蛇 Snake、食物 Food 以及墙 Wall。

我们从食物开始。因为它是最简单的。我们将其作为一个红色的小圆饼，大小要比地图中的一个方格要小，因此我们可以将其放置在一个方格中。正如上面分析的那样，我们的Food类需要继承QGraphicsItem。按照接口约束，QGraphicsItem的子类需要重写至少两个函数：boundingRect()和paint()。

boundingRect()返回一个用于包裹住图形元素的矩形，也就是这个图形元素的范围。需要注意的是，这个矩形必须能够完全包含图形元素。所谓“完全包含”，意思是，在图形元素有动画的时候，这个矩形也必须将整个图形元素包含进去。如果范围矩形过小。图形会被剪切；如果范围矩形过大，就会影响性能。

paint()的作用是使用QPainter将图形元素绘制出来。

下面是 food.h 和 food.cpp 的内容：

////////// food.h //////////
#ifndef FOOD_H
#define FOOD_H
 
#include <QGraphicsItem>
 
class Food : public QGraphicsItem
{
public:
    Food(qreal x, qreal y);
 
    QRectF boundingRect() const;
    void paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *);
 
    QPainterPath shape() const;
};
 
#endif // FOOD_H
 
////////// food.cpp //////////
#include <QPainter>
 
#include "constants.h"
#include "food.h"
 
static const qreal FOOD_RADIUS = 3;
 
Food::Food(qreal x, qreal y)
{
    setPos(x, y);
    setData(GD_Type, GO_Food);
}
 
QRectF Food::boundingRect() const
{
    return QRectF(-TILE_SIZE,    -TILE_SIZE,
                   TILE_SIZE * 2, TILE_SIZE * 2 );
}
 
void Food::paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *)
{
    painter->save();
 
    painter->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
    painter->fillPath(shape(), Qt::red);
 
    painter->restore();
}
 
QPainterPath Food::shape() const
{
    QPainterPath p;
    p.addEllipse(QPointF(TILE_SIZE / 2, TILE_SIZE / 2), FOOD_RADIUS, FOOD_RADIUS);
    return p;
}

虽然这段代码很简单，我们还是有必要解释一下。构造函数接受两个参数：x 和 y，用于指定该元素的坐标。setData()函数是我们之后要用到的，这里简单提一句，它的作用为该图形元素添加额外的数据信息，类似于散列一样的键值对的形式。boundingRect()简单地返回一个QRect对象。由于我们的元素就是一个圆形，所以我们返回的是一个简单的矩形。注意，这个矩形的范围实际是四倍于实际区域的：以元素坐标 (x, y) 为中心，边长为TILE_SIZE * 2的正方形。我们还重写了shape()函数。这也是一个虚函数，但是并不是必须覆盖的。这个函数返回的是元素实际的路径。所谓路径，可以理解成元素的矢量轮廓线，就是QPainterPath所表示的。我们使用addEllipse()函数，添加了一个圆心为 (TILE_SIZE / 2, TILE_SIZE / 2)，半径 FOOD_RADIUS 的圆，其范围是左上角为 (x, y) 的矩形。由于设置了shape()函数，paint()反而更简单。我们所要做的，就是把shape()函数定义的路径绘制出来。注意，我们使用了QPainter::save()和QPainter::restore()两个函数，用于保存画笔状态。

现在我们有了第一个图形元素，那么，就让我们把它添加到场景中吧！对于一个游戏，通常需要有一个中心控制的类，用于控制所有游戏相关的行为。我们将其取名为GameController。

GameController的工作是，初始化场景中的游戏对象，开始游戏循环。每一个游戏都需要有一个游戏循环，类型于事件循环。想象一个每秒滴答 30 次的表。每次响起滴答声，游戏对象才有机会执行相应的动作：移动、检查碰撞、攻击或者其它一些游戏相关的活动。为方便起见，我们将这一次滴答成为一帧，那么，每秒 30 次滴答，就是每秒 30 帧。游戏循环通常使用定时器实现，因为应用程序不仅仅是一个游戏循环，还需要响应其它事件，比如游戏者的鼠标键盘操作。正因为如此，我们不能简单地使用无限的 for 循环作为游戏循环。

在 Graphics View Framework 中，每一帧都应该调用一个称为advance()的函数。QGraphicsScene::advance()会调用场景中每一个元素自己的advance()函数。所以，如果图形元素需要做什么事，必须重写QGraphicsItem的advance()，然后在游戏循环中调用这个函数。

GameController创建并开始游戏循环。当然，我们也可以加入pause()和resume()函数。现在，我们来看看它的实现：

GameController::GameController(QGraphicsScene *scene, QObject *parent) :
    QObject(parent),
    scene(scene),
    snake(new Snake(this))
{
    timer.start(1000/33);
 
    Food *a1 = new Food(0, -50);
    scene->addItem(a1);
 
    scene->addItem(snake);
 
    scene->installEventFilter(this);
 
    resume();
}

GameController的构造函数。首先开启充当游戏循环的定时器，定时间隔是 1000 / 33 毫秒，也就是每秒 30（1000 / 33 = 30）帧。GameController有两个成员变量：scene 和 snake，我们将第一个食物和蛇都加入到场景中。同时，我们为GameController添加了事件过滤器，以便监听键盘事件。这里我们先不管这个事件过滤器，直接看看后面的代码：

void GameController::pause()
{
    disconnect(&timer, SIGNAL(timeout()),
               scene,  SLOT(advance()));
}
 
void GameController::resume()
{
    connect(&timer, SIGNAL(timeout()),
            scene,  SLOT(advance()));
}

pause()和resume()函数很简答：我们只是连接或者断开定时器的信号。当我们把这一切都准备好之后，我们把GameController添加到MainWindow中：

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent),
      game(new GameController(scene, this))
{
    ...
}

由于GameController在构造时已经开始游戏循环，因此我们不需要另外调用一个所谓的“start”函数。这样，我们就把第一个食物添加到了游戏场景：

snake 第一步

接下来是有关蛇的处理。

蛇要更复杂一些。在我们的游戏中，蛇是由黄色的小方块组成，这是最简单的实现方式了。第一个是蛇的头部，紧接着是它的身体。对此，我们有两个必须面对的困难：

蛇具有复杂得多的形状。因为蛇的形状随着游戏者的控制而不同，因此，我们必须找出一个能够恰好包含蛇头和所有身体块的矩形。这也是 boundingRect() 函数所要解决的问题。
蛇会长大（比如吃了食物之后）。因此，我们需要在蛇对象中增加一个用于代表蛇身体长度的growing变量：当growing为正数时，蛇的身体增加一格；当growing为负数时，蛇的身体减少一格。
advance()函数用于编码移动部分，这个函数会在一秒内调用 30 次（这是我们在GameController的定时器中决定的）。
我们首先从boundingRect()开始看起：

QRectF Snake::boundingRect() const
{
    qreal minX = head.x();
    qreal minY = head.y();
    qreal maxX = head.x();
    qreal maxY = head.y();
 
    foreach (QPointF p, tail) {
        maxX = p.x() > maxX ? p.x() : maxX;
        maxY = p.y() > maxY ? p.y() : maxY;
        minX = p.x() < minX ? p.x() : minX;
        minY = p.y() < minY ? p.y() : minY;
    }
 
    QPointF tl = mapFromScene(QPointF(minX, minY));
    QPointF br = mapFromScene(QPointF(maxX, maxY));
 
    QRectF bound = QRectF(tl.x(),  // x
                          tl.y(),  // y
                          br.x() - tl.x() + SNAKE_SIZE,      // width
                          br.y() - tl.y() + SNAKE_SIZE       //height
                          );
    return bound;
}

这个函数的算法是：遍历蛇身体的每一个方块，找出所有部分的最大的 x 坐标和 y 坐标，以及最小的 x 坐标和 y 坐标。这样，夹在其中的便是蛇身体的外围区域。

shape()函数决定了蛇身体的形状，我们遍历蛇身体的每一个方块向路径中添加：

QPainterPath Snake::shape() const
{
    QPainterPath path;
    path.setFillRule(Qt::WindingFill);
 
    path.addRect(QRectF(0, 0, SNAKE_SIZE, SNAKE_SIZE));
 
    foreach (QPointF p, tail) {
        QPointF itemp = mapFromScene(p);
        path.addRect(QRectF(itemp.x(), itemp.y(), SNAKE_SIZE, SNAKE_SIZE));
    }
 
    return path;
}

在我们实现了shape()函数的基础之上，paint()函数就很简单了：

void Snake::paint(QPainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *, QWidget *)
{
    painter->save();
    painter->fillPath(shape(), Qt::yellow);
    painter->restore();
}

现在我们已经把蛇“画”出来。下一章中，我们将让它“动”起来，从而完成我们的贪吃蛇游戏。