C++语言设计实现五子棋
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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