C和C++的物件導向專題（9）——Gtkmm的最佳實務

標籤：c++   物件導向   開發   gtkmm   2048   

本專欄文章列表

一、何為物件導向

二、C語言也能實現物件導向

三、C++中的不優雅特性

四、解決封裝，避免介面

五、合理使用模板，避免代碼冗餘

六、C++也能反射

七、單例模式解決靜態成員對象和全域對象的構造順序難題

八、更為進階的前置處理器PHP

九、Gtkmm的最佳實務

九、Gtkmm的最佳實務

在跨平台的gui開發中，Qt一直是非常受歡迎的GUI開發架構，但Qt一個是依賴反射，需要特殊的預先處理步驟，一個是庫太過龐大，這就造成了一些不便的地方。今天介紹給大家的是Gtk庫的C++綁定，Gtkmm，一個方便的跨平台GUI開發架構。

由於是C++的封裝，GTK不再那麼的難以使用，變得簡潔優雅，而且效率非常高，編譯也較QT快許多。
雖然C也能編寫，而且我們之前也介紹過了GObject的使用。但比較其實現起來較為繁瑣，程式碼數較C++多一些，而且每個成員函數都要手動傳入this指標，較為不便。

現在C++如果合理的封裝和按照之前的設計思想進行設計，結構十分緊湊，而且書寫非常方便，非常易用。

Gtkmm版的2048程式設計

為了更好的實踐，我們舉一個簡單的2048小遊戲的程式作為執行個體。大家會發現，合理的設計，能夠使代碼既清晰明了，又方便維護，可靠性很高。
我們簡要的進行一下程式設計，這裡我們不是要學會2048如何製作，而是要體會程式設計中的思想，以及設計中的美感和藝術感。

首先，2048作為一個簡單的小遊戲，廣受大家喜歡，原理很簡單，在一個4×4的數組中，讓數字不斷向各個方向合并，每次進行後，隨機位置建立新數字。

程式介面，一個視窗，上面一列標籤書寫當前得分，下面一個繪圖介面，自由繪圖，畫上4×4個的矩陣，上面書寫內容。

程式結構設計，按照一般程式架構設計，可以用MVC的結構，一個介面類，負責顯示，一個控制類，負責遊戲邏輯，一個模型類，負責資料的儲存與管理。

但由於資料的管理太過簡單，就放棄了模型類，直接使用一個4×4的矩陣就完成任務。

程式實踐

由於Gtkmm的良好封裝，我們並不需要太多複雜的處理，首先是Main檔案引導程式的啟動，所有gtk程式集合都是這樣引導。

/* * @Author: sxf* @Date:   2015-05-07 12:22:40* @Last Modified by:   sxf* @Last Modified time: 2015-05-20 21:58:16*/#include <gtkmm.h>#include "game.h"int main(int argc, char *argv[]){    Glib::RefPtr<Gtk::Application> app = Gtk::Application::create(argc, argv, "org.abs.gtk2048");    Game game;    //Shows the window and returns when it is closed.    return app->run(game);}

Game類作為最核心的視窗類別，也是遊戲的主要控制類，並不需要暴露什麼方法給外部成員使用，所以它的定義很簡單：

/* * @Author: sxf* @Date:   2015-05-19 11:20:42* @Last Modified by:   sxf* @Last Modified time: 2015-05-20 21:58:35*/#ifndef GAME_H#define GAME_H#include <gtkmm/window.h>class Game_private;class Game : public Gtk::Window{public:    Game();    virtual ~Game();private:    Game_private* priv;};#endif // GAME_H

這種寫法，就是在前幾章提到的增強代碼封裝性的方法，通過一個priv指標，解決了C++封裝不完善的問題。

這樣還有一個很大的好處就是，由於priv指標的書寫較為繁瑣，如果在public方法中，反覆的通過priv指標調用函數，就會顯得無比麻煩，但這正提醒你，你的寫法有問題，因為一般的方法，要儘可能寫成內部的private的，這樣你在不自覺的時刻，就形成了最大化private方法，最小化介面的設計習慣，這對於提升程式的內聚性，很有意義。

於是我們的Game類的內部定義就變得十分複雜，但這就使得代碼內聚性更高，暴露給外層的介面就更簡單。

class Game_private{public:    Game_private(Game* game);    ~Game_private();    Game* game;    MyArea m_area;      // 渲染類    Gtk::Box m_box;     // 布局控制項    Gtk::Label m_score; // 得分標籤    int score;          // 得分具體數字    const static int fx[4][2];    int data[4][4];     // 資料模型    bool combine(int i, int j, int k);  // 將一個位置的數字向下合并    bool randomNew();   // 隨機建立新數字    void cleanData();   // 刪除全部數字，用來開局初始化    void gameWin();     // 顯示使用者勝利    void gameOver();    // 顯示遊戲結束    void gameRun(int k);    // 遊戲控制迴圈    bool on_key_press_event(GdkEventKey* event); // 監聽鍵盤事件響應};

我不喜歡比臉還長的函數，但這裡的函數設計的還是不是那麼盡如人意，雖然如此，這裡也是本著簡單易懂的方式設計的。

這裡的combine方法設計的很特殊，因為合并時，還有可能出現遊戲勝利的情況，所以裡麵包含了判斷勝利的條件。

bool combine(int i, int j, int k) {    int ni = i; int nj = j;    ni += fx[k][0]; // fx是方向數組    nj += fx[k][1];    int obji = i, objj = j;    while ( 0 <= ni && ni < 4 &&            0 <= nj && nj < 4 )         // 防止越界，我這裡比較貪便宜，很多人處理越界是通過在數組外增加一個特殊值的外邊框來處理的    {        if (data[ni][nj] == 0) {            obji = ni; objj = nj;        } else {            if (data[ni][nj] == data[i][j]) {                score += (1 << data[ni][nj]);   // 處理得分                ++data[ni][nj];                data[i][j] = 0;                if (data[ni][nj] == 12) return true; // 處理勝利條件                return false;            } else break;        }        ni += fx[k][0];        nj += fx[k][1];    }    if (!(obji == i && objj == j)) {    // 未能合并的情況        data[obji][objj] = data[i][j];        data[i][j] = 0;    }    return false;}

這個函數設計的很健壯，考慮了許多邊界條件，這麼做是在類比物體碰撞時，碰撞面不斷擠壓的情況。例如下面的情況：
1 1 2 4
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
向左合并，能夠一次就被合成為8，但這也是和外層的合并順序控制是分不開的
在遊戲主迴圈控制時，是這樣處理的，對於不同的方向，迴圈順序是不一樣的：

void gameRun(int k) {        bool winflag = false;        switch (k) {            case 0 :                 for (int i = 0; i < 4; ++i)                    for (int j = 0; j < 4; ++j)                        if (combine(i,j,k)) winflag = true;            break;            case 1 :                 for (int j = 3; j >= 0; --j)                    for (int i = 0; i < 4; ++i)                        if (combine(i,j,k)) winflag = true;            break;            case 2 :                 for (int i = 3; i >= 0; --i)                    for (int j = 0; j < 4; ++j)                        if (combine(i,j,k)) winflag = true;            break;            case 3 :                 for (int j = 0; j < 4; ++j)                    for (int i = 0; i < 4; ++i)                        if (combine(i,j,k)) winflag = true;            break;        }        // 判斷勝負條件        if (winflag) {            gameWin();            return;        }        if (!randomNew()) {            gameOver();        }        Glib::RefPtr<Gdk::Window> win = game->get_window();        if (win)        {            m_area.setData(data);            Gdk::Rectangle r(0, 0, 600, 600);            win->invalidate_rect(r, false);            m_area.show();            char score_text[20]; memset(score_text, 0, 20);            sprintf(score_text, "Score : %d", score);            m_score.set_text(score_text);        }    }

而建立新數位方式也很清晰，但這裡使用類比棧的方式進行了處理。
設計很獨特，由於目前的位置數目有限，直接rand的方式，效率較低，我們先掃描所有可能的位置，然後將其入棧，random時，直接找一個位置，然後直接隨機從其中找一個就可以了。數組類比棧的方式，主要是希望避免vector的低效率，實現較簡易。而且擴充較方便，如果你想random跟多，修改起來也十分方便。

bool randomNew() {    int empty_block[17][2]; int sum = 0;    for (int i = 0; i < 4; ++i) {        for (int j = 0; j < 4; ++j) {            if (data[i][j] == 0) {                empty_block[sum][0] = i;                 empty_block[sum][1] = j;                ++sum;            }        }    }    if (sum < 1) return false;    int t = rand() % sum;    data[ empty_block[t][0] ][ empty_block[t][1] ] = (rand() % 4) < 3 ? 1 : 2;    empty_block[t][0] = empty_block[sum-1][0];    empty_block[t][1] = empty_block[sum-1][1];     --sum;    return true;}

渲染類十分簡單，主要就是根據數組中的數值，渲染出對應的映像，設計思想就是不斷將問題抽象，不斷簡化，將複雜的問題從上層一層層撥開，這樣就使得結構更加簡潔優雅。

整個項目完整代碼已經放到Github上了，需要的可以參考：
【github倉庫】

C和C++的物件導向專題（9）——Gtkmm的最佳實務