R语言游戏框架设计

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R的极客理想系列文章，涵盖了R的思想，使用，工具，创新等的一系列要点，以我个人的学习和体验去诠释R的强大。

R语言作为统计学一门语言，一直在小众领域闪耀着光芒。直到大数据的爆发，R语言变成了一门炙手可热的数据分析的利器。随着越来越多的工程背景的人的加入，R语言的社区在迅速扩大成长。现在已不仅仅是统计领域，教育，银行，电商，互联网….都在使用R语言。

要成为有理想的极客，我们不能停留在语法上，要掌握牢固的数学，概率，统计知识，同时还要有创新精神，把R语言发挥到各个领域。让我们一起动起来吧，开始R的极客理想。

关于作者：

张丹(Conan), 程序员Java,R,PHP,Javascript
weibo：@Conan_Z
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前言

本文继续上一篇文章 R语言游戏之旅贪食蛇入门。当我们完成了贪食蛇游戏之后，我们应该把代码进一步整理，抽象出游戏中通用的部分，分离游戏框架代码和贪食蛇游戏代码。我们就可以提取出一个R语言的游戏开发引擎，当再开发新的游戏时，只要关心游戏本身的程序设计就行了。

贪食蛇的面向对象改造
游戏框架定义
在框架中重新实现贪食蛇游戏

1. 贪食蛇的面向对象改造

我们可以利用面向对象的方法论，对贪食蛇游戏进行抽象整理，并实现代码的面向对象的改造。R语言支持3种面向对象的编程实现方式，我选择基于RC的面向对象编程，关于RC详细使用请参考文章：R语言基于RC的面向对象编程。

由于我们之前的代码都是通过函数来封装的，所以代码重构还是比较简单的，只要把Snake对象的属性和方法定义清楚就行了。

1.1 定义Snake类

定义Snake类，画出类图，包括属性和方法。

属性解释：

name:游戏的名字
stage:当前的游戏场景
e:游戏中的变量，environment类型
m:游戏地图矩阵
width:矩阵的宽
height:矩阵的高

方法解释：

initialize():构建函数，用于RC类的初始化
init():给stage1场景初始化游戏变量
fail():失败查询
furit():判断并生成水果坐标
head():生成蛇头移动坐标。
body():生成蛇尾移动坐标。
drawTable():绘制游戏背景。
drawMatrix():绘制游戏矩阵。
stage0():创建开机场景，可视化输出。
stage1():创建游戏场景，stage1()函数内部，封装了游戏场景运行时的函数，并进行调用。
stage2():创建结束场景，可视化输出
keydown():监听键盘事件。
run():启动函数

1.2 全局函数调用顺序图

接下来，根据UML规范画出顺序图，主要包括全局函数调用和stage1场景游戏环境调用。

全局函数调用关系。

通过run()函数启动游戏，进入stage0场景，注册键盘事件。
在stage0场景按任意键切换到stage1场景。
init()出始化stage1场景的游戏变量。
stage1()运行游戏
当游戏失败fail()或按q键
游戏进行stage2场景，显示游戏结束画面，
按空格键回到stage0重新开始，按q键退出程序。

1.3 stage1场景游戏环境函数调用顺序图

stage1场景游戏环境函数调用关系。

游戏进入stage1场景，按上下左右(up,down,left,right)方向键操作蛇头的前进路线。
furit()函数检查，如果地图上水果被吃掉，生成一个新水果，记录到矩阵中。
head()函数，通过上下左边键的操作，进行蛇头的移动，记录到矩阵中。
fail()函数失败检查，no未失败继续，yes失败进行stage2场景。
body()函数，蛇身体移动，记录到矩阵中。
drawTable()函数，画出游戏背景画布。
drawMatrix()函数，画出游戏矩阵。

利用UML的方法，通过类图和顺序图的描述，我们就把贪食蛇的游戏程序进行了面向对象的设计改造。不用着急去写代码，我们再想想如何进行游戏框架的提取。

2. 游戏框架定义

要设计一个完整、易用、有良好扩展的游戏框架是比难的，但我们可以基于贪食蛇的游戏，一步一步来做抽象。抽象过程就是把程序对象化，上面的我们已经做了；第二步再把公用的属性和方法提取封装，可以统一把公用的部分提取到一个Game的父类里面，让Snake类继承Game类，从而实现游戏框架定义。我们画出Game类和Snake类的类图。

Game类公共属性，包括了所有的Snake类的属性，这是因为这些属性都是全局的，其他的游戏也会用到，而且每个游戏中的属性，可以在e中进行定义。
Game类公共方法，包括了游戏全局调用的方法，但不包括Snake游戏stage1场景中运行的方法。在Game类的方法中，我们主要实现的都是开发的辅助功能。
Snake类方法，同样还有Game类的方法，这是用到方法的重写技术。子类的方法，先调用父类的同名方法，然后再执行子类方法里的程序。

这样我们就简单地分离了游戏框架Game类和游戏实现Snake类，下面我们要做的就是把代码按照设计进行实现，看看我们的设计是否是合理的。

3. 在框架中重新实现贪食蛇游戏

Game类的代码实现，用R语言的RC面向对象编程进行代码编写。


Game

Snake类的代码实现，继承Game类，并实现贪食蛇游戏的私有方法。


# 引用game.r文件
source(file="game.r")

# Snake类，继承Game类
Snake0 | length(which(e$head>width))>0){
         fail("Out of ledge.")
         return(NULL)
       }
       
       # head碰到tail
       if(m[e$head[1],e$head[2]]==e$col_tail){
         fail("head hit tail.")
         return(NULL)
       }
     },
     
     # 随机的水果点
     furit=function(){
       if(length(index(e$col_furit))<=0){ #不存在水果
         idx0) { #如果有尾巴
         e$tail<0)
       px

最后，我们运行snake.r的程序，就完成了整个贪食蛇游戏。游戏运行效果，可以查看上一篇文章，R语言游戏之旅贪食蛇入门的游戏截图和动画。

对于贪食蛇游戏的开发，我们已经完成了，虽然界面还是比较土，而且没有时间维度的操作。那么我们换一个角度思考，如果不太要求画面效果，而且不需要时间维度的游戏，是不是R语言会表现的更好呢？当然，这类游戏也有很多，比如最近流行的2048。那么接下来，就用我们的游戏框架，再来做一个2048的游戏吧，试试在100行之内实现。

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