JavaScript实现贪吃蛇小游戏

Posted 2021-12-07 leihao-lester

javascript实现贪吃蛇小游戏

功能概述

本程序实现了如下功能：

1. 贪吃蛇的基本功能

2. 统计得分

3. 开始与暂停

4. 选择难度等级

5. 设置快捷键

   5.1 通过ijkl，wsad也能实现方向的切换

   5.2 通过“P” 表示暂停，“C”表示开始或继续，"R"表示重新开始

实现过程

最开始的实现原理其实是参考的csdn的一位大神，他用JavaScript20行就实现了贪吃蛇的基本功能，难等可贵的是还没有bug，链接在此

要实现贪吃蛇大概有以下几个步骤：

1. 画一个蛇的移动区域
2. 画一条蛇
3. 画食物
4. 让蛇动起来
5. 设定游戏规则
6. 设置难度等级
7. 设置开始与暂停
8. 设置游戏结束后续操作
9. 实现人机交互页面

注：下面的过程讲解部分只是讲述了部分原理与实现，建议一边看最后的完整代码，一边看下面的讲解，更容易理解每一部分的原理与实现

画蛇的活动区域

首先我们画蛇的活动区域，我们采用JavaScript的canvas进行绘制

我们用一个$400\times 400$的区域作为蛇的活动区域

<canvas id="canvas" width="400" height="400"></canvas>

同时通过CSS设置一个边界线

#canvas {
    border: 1px solid #000000; /* 设置边框线 */
}

画蛇和食物

效果如下：

在画蛇前我们需要想下蛇的数据结构，在这里我们采取最简单的队列表示蛇

• 队首表示蛇头位置，队尾表示蛇尾位置

• 我们将之前画的$400\times 400$区域划分为400个$20\times 20$的方块，用这些方块组成蛇，那么蛇所在方块的位置的取值范围就是0~399

  举个例子：

  var snake=[42,41,40];
  

  上述代码表示蛇所在的位置为42，41，40三个方块，其中蛇头为42，蛇尾为40

对于食物，我们可以用一个变量food存储食物的位置即可，食物的取值范围为0~399，且不包括蛇的部分，由于游戏中需要随机产生食物，随机函数实现如下：

// 产生min~max的随机整数，用于随机产生食物的位置
function random(min, max) {
    const num = Math.floor(Math.random() * (max - min)) + min;
    return num;
}

当食物被蛇吃掉后就需要重新刷新食物，由于食物不能出现在蛇所在的位置，我们用一个while循环，当食物的位置不在蛇的数组中则跳出循环

while (snake.indexOf((food = random(0, 400))) >= 0); // 重新刷新食物，注意食物应不在蛇内部

我们接下来通过canvas进行绘制

首先在js中获取canvas组件

const canvas = document.getElementById("canvas");
const ctx = canvas.getContext("2d");

然后写绘制函数用于绘制方格，绘制方格的时候注意我们预留1px作为边框，即我们所画的方格的边长为18，我们实际填充的是$18\times 18$的方块，方块的x、y坐标（方块的左上角）的计算也需要注意加上1px

注：canvas的原点坐标在左上角，往右为x轴正方向，往下为y轴正方向

// 用于绘制蛇或者是食物代表的方块，seat为方块位置，取值为0~399，color为颜色
function draw(seat, color) {
    ctx.fillStyle = color; // 填充颜色
    // fillRect的四个参数分别表示要绘制方块的x坐标，y坐标，长，宽，这里为了美观留了1px用于边框
    ctx.fillRect(
        (seat % 20) * 20 + 1,
        Math.floor(seat / 20) * 20 + 1,
        18,
        18
    );
}

让蛇动起来

我们要想让蛇动起来，首先要规定蛇运动的方向，我们用一个变量direction来表示蛇运动的方向，其取值范围为{1，-1，20，-20}，1 表示向右，-1 表示向左，20 表示向下，-20 表示向上，运动时只需要将蛇头的位置加上direction就可以表示新蛇头的位置，这样我们就可以表示蛇的运动了。

那么如何让蛇动起来呢，对于蛇的每次移动，我们需要完成下面几个基本操作：

1. 将蛇运动的下一个位置变成新蛇头
   • 将下一个位置加入蛇队列
   • 绘制下一个方块为浅蓝色
2. 把旧蛇头变成蛇身
   • 绘制旧蛇头为浅灰色
3. 删除旧蛇尾
   • 将旧蛇尾弹出蛇队列
   • 绘制旧蛇尾位置为白色

当蛇吃掉食物时（蛇的下一个位置为食物所在位置）则需更新食物的位置，并绘制新食物为黄色，此时则不需要删除旧蛇尾，这样可以实现蛇吃完食物后长度的增加功能

我们需要写一个函数实现上述操作，并且要不断地调用这个函数，从而实现页面的刷新，即我们所说的动态效果

n = snake[0] + direction; // 找到新蛇头坐标
snake.unshift(n); // 添加新蛇头
draw(n, "#1a8dcc"); // 绘制新蛇头为浅蓝色
draw(snake[1], "#cececc"); // 将原来的蛇头（浅蓝色）变成蛇身（浅灰色）
if (n == food) {
    while (snake.indexOf((food = random(0, 400))) >= 0); // 重新刷新食物，注意食物应不在蛇内部
    draw(food, "Yellow"); // 绘制食物
} else {
    draw(snake.pop(), "White"); // 将原来的蛇尾绘制成白色
}

接下来，我们需要实现通过键盘控制蛇的运动

我们需要获取键盘的key值，然后通过一个监听函数去监听键盘按下的操作，我们这里通过上下左右键（还拓展了WSAD键和IJKL键控制上下左右方向），同时设置一个变量n表示下一步的方向

// 用于绑定键盘上下左右事件，上下左右方向键，代表上下左右方向
document.onkeydown = function (event) {
    const keycode = event.keyCode;
    if (keycode <= 40) {
        // 上 38 下 40 左 37 右 39
        n = [-1, -20, 1, 20][keycode - 37] || direction; // 若keycode为其他值，即表示按了没用的键，则方向不变
    } else if (keycode <= 76 && keycode >= 73) {
        // i 73 j 74 k 75 l 76
        n = [-20, -1, 20, 1][keycode - 73] || direction;
    } else {
        switch (keycode) {
            case 87: //w
                n = -20;
                break;
            case 83: //s
                n = 20;
                break;
            case 65: //a
                n = -1;
                break;
            case 68: //d
                n = 1;
                break;
            default:
                n = direction;
        }
    }
    direction = snake[1] - snake[0] == n ? direction : n; // 若方向与原方向相反，则方向不变
};

设定游戏规则

贪吃蛇的最基础的游戏规则如下：

1. 蛇如果撞到墙或者蛇的身体或尾巴则游戏结束
2. 蛇如果吃掉食物则蛇的长度会增加（上一步已经实现）且得分会增加

先实现第一个，具体如下：

注：下面的一段代码中的n即为新蛇头的位置

// 判断蛇头是否撞到自己或者是否超出边界
if (
    snake.indexOf(n, 1) > 0 ||
    n < 0 ||
    n > 399 ||
    (direction == 1 && n % 20 == 0) ||
    (direction == -1 && n % 20 == 19)
) {
    game_over();
}

接下来我们实现得分统计，对于得分的计算我们只需要设置一个变量score，用于统计得分，然后每吃一个食物，该变量加一，然后将得分信息更新到网页相应位置

score = score + 1;
score_cal.innerText = "目前得分: " + score; // 更新得分

设置难度等级

我们在网页上设置一个单选框，用于设置难度等级

<form action="" id="mode_form">
    难度等级: 
    <input type="radio" name="mode" id="simply" value="simply" checked />
    <label for="simply">简单</label>
    <input type="radio" name="mode" id="middle" value="middle" />
    <label for="middle">中级</label>
    <input type="radio" name="mode" id="hard" value="hard" />
    <label for="hard">困难</label>
</form>

效果如下：

那么我们后台具体如何设置难度等级的功能呢？

我们采取调用蛇运动的函数的时间间隔来代替难度，时间间隔越小则难度越大，我们分三级：简单、中级、困难

我们创建一个时间间隔变量time_internal，然后用一个函数获取单选框的取值，并将相应模式的时间间隔赋值给time_internal

// 用刷新间隔代表蛇的速度，刷新间隔越长，则蛇的速度越慢
const simply_mode = 200;
const middle_mode = 100;
const hard_mode = 50;

var time_internal = simply_mode; // 刷新时间间隔，用于调整蛇的速度,默认为简单模式

// 同步难度等级
function syncMode() {
    var mode_value = "";
    for (var i = 0; i < mode_item.length; i++) {
        if (mode_item[i].checked) {
            mode_value = mode_item[i].value;
        }
    }
    switch (mode_value) {
        case "simply":
            time_internal = simply_mode;
            break;
        case "middle":
            time_internal = middle_mode;
            break;
        case "hard":
            time_internal = hard_mode;
            break;
    }
}

最后只需要在蛇每次移动前调用一次上述函数syncMode()就可以实现难度切换，至于蛇的速度的具体调节且看下面如何讲解

设置开始与暂停

如何实现蛇的移动动态效果，如何暂停，如何继续，速度如何调节，这就涉及到JavaScript的动画的部分了，建议看下《JavaScript高级程序设计（第4版）》第18章的部分，讲的很详细。

在最初的“20行JavaScript实现贪吃蛇”中并没有实现开始与暂停，其实现动态效果的方法为设置一个立即执行函数!function() {}();，然后在该函数中使用setTimeout(arguments.callee, 150);，每隔0.15秒调用此函数，从而实现了网页的不断刷新，也就是所谓的动态效果。

后来，我通过web课程老师的案例（弹球游戏）中了解到requestAnimationFrame方法可以实现动画效果，于是我便百度查询，最后在翻书《JavaScript高级程序设计（第4版）》第18章动画与Canvas图形中得到启发–如何实现开始与取消，如何自定义时间间隔（实现难度调节，蛇的速度）

书中给出的开始动画与取消动画的方法如下：

注：为了便于理解，自己修改过原方法

var requestID; // 用于标记请求ID与取消动画
function updateProgress() { 
	// do something...
    requestID = requestAnimationFrame(updateProgress); // 调用后在函数中反复调用该函数
} 
id = requestAnimationFrame(updateProgress); // 第一次调用（即开始动画）

cancelAnimationFrame(requestID); // 取消动画

书中讲述道：

requestAnimationFrame()已经解决了浏览器不知道 JavaScript 动画何时开始的问题， 以及最佳间隔是多少的问题。······

传给 requestAnimationFrame()的函数实际上可以接收一个参数，此参数是一个 DOMHighResTimeStamp 的实例（比如 performance.now()返回的值），表示下次重绘的时间。这一点非常重要： requestAnimationFrame()实际上把重绘任务安排在了未来一个已知的时间点上，而且通过这个参数 告诉了开发者。基于这个参数，就可以更好地决定如何调优动画了。

requestAnimationFrame()返回一个请求 ID，可以用于通过另一个 方法 cancelAnimationFrame()来取消重绘任务

书中同样给出了如何控制时间间隔的方法：

书中讲述道：

配合使用一个计时器来限制重绘操作执行的频率。这样，计时器可以限制实际的操作执行间隔，而 requestAnimationFrame 控制在浏览器的哪个渲染周期中执行。下面的例子可以将回调限制为不超过 50 毫秒执行一次

具体方法如下：

let enabled = true; 
function expensiveOperation() { 
	console.log('Invoked at', Date.now()); 
} 
window.addEventListener('scroll', () => { 
 if (enabled) { 
     enabled = false; 
     requestAnimationFrame(expensiveOperation); 
     setTimeout(() => enabled = true, 50); 
 } 
}); 

由上面的方法我得到启发，在此处我们可以设置一个控制函数，用于控制隔一定的时间调用一次蛇运动的函数，实现如下：

// 控制游戏的刷新频率,每隔time_internal时间间隔刷新一次
function game_control(){
    if(enabled){
        enabled = false;
        requestAnimationFrame(run_game);
        setTimeout(() => enabled = true, time_internal);
    }
    run_id = requestAnimationFrame(game_control);
}

// 启动或继续游戏
function run_game() {
    syncMode(); // 同步难度等级
    n = snake[0] + direction; // 找到新蛇头坐标
    snake.unshift(n); // 添加新蛇头
    // 判断蛇头是否撞到自己或者是否超出边界
    if (
        snake.indexOf(n, 1) > 0 ||
        n < 0 ||
        n > 399 ||
        (direction == 1 && n % 20 == 0) ||
        (direction == -1 && n % 20 == 19)
    ) {
        game_over();
    }
    draw(n, "#1a8dcc"); // 绘制新蛇头为浅蓝色
    draw(snake[1], "#cececc"); // 将原来的蛇头（浅蓝色）变成蛇身（浅灰色）
    if (n == food) {
        score = score + 1;
        score_cal.innerText = "目前得分: " + score; // 更新得分
        while (snake.indexOf((food = random(0, 400))) >= 0); // 重新刷新食物，注意食物应不在蛇内部
        draw(food, "Yellow"); // 绘制食物
    } else {
        draw(snake.pop(), "White"); // 将原来的蛇尾绘制成白色
    }
    // setTimeout(arguments.callee, time_internal); //之前的方案，无法实现暂停和游戏的继续
}

至于暂停只需要在特定的位置调用cancelAnimationFrame(run_id);就可以了

设置游戏结束后续操作

我想的是在游戏结束后出现一个“弹窗”，显示最终得分和是否再来一把

效果如下：

首先，我们实现网页的弹窗，通过调研发现JavaScript的弹窗可以通过alert()的方法实现，不过在网页上直接弹窗感觉不太美观，而且影响体验，于是我想了一下，可以采用一个div标签实现伪弹窗，在需要显示的时候设置其display属性为block，不需要显示的时候设置其display属性为none，就类似于Photoshop里面的图层概念，这样我们就可以在平常的时候设置其display属性为none触发game over时设置其display属性为block，实现如下：

<div id="game_over">
    <h3 id="game_over_text" align="center">游戏结束！</h3>
    <h3 id="game_over_score" align="center">您的最终得分为: 0分</h3>
    <button id="once_again">再来一把</button>
    <button id="cancel">取消</button>
</div>

其CSS部分如下：

#game_over {
    display: none; /* 设置game over 窗口不可见 */
    position: fixed;
    top: 190px;
    left: 65px;
    width: 280px;
    height: 160px;
    background-color: aliceblue;
    border-radius: 5px;
    border: 1px solid #000; /* 设置边框线 */
}
#once_again {
    position: relative;
    left: 20px;
}
#cancel {
    position: relative;
    left: 50px;
}

接下来，我们需要实现game over的后续操作：暂停动画，显示得分，显示“弹窗”

function game_over(){
    cancelAnimationFrame(run_id);
    game_over_score.innerText = "您的最终得分为: " + score + "分";
    game_over_div.style.display = "block";
}

实现人机交互页面

接下来的部分就是提高用户体验的部分，具体实现下列功能/操作

1. 游戏说明
2. 人机交互按钮：开始/继续，暂停，重新开始
3. 快捷键
   • 由于在游戏过程中通过鼠标移动到暂停键暂停，时间上太慢，可能造成游戏终止，故应该设置开始/继续（C）、暂停（P）、重新开始（R）的快捷键
   • 有些电脑键盘的上下左右键较小，操作起来不太方便，可以添加WSAD或者IJKL扩展，用于控制上下左右方向

效果如下：

至于写界面的代码，可以看文末的完整代码，这里就稍微讲解下绑定按键点击事件与绑定快捷键

我们首先看下绑定按键点击事件，点击”开始/继续“只需要调用requestAnimationFrame(game_control);，点击”暂停“只需要调用cancelAnimationFrame(run_id);

// 绑定开始按钮点击事件
start_btn.onclick = function () {
    run_id = requestAnimationFrame(game_control);
};

// 绑定暂停按钮点击事件
pause_btn.onclick = function () {
    cancelAnimationFrame(run_id);
};

点击“重新开始”的话，则需要先暂停动画，然后删除画面上的蛇和食物，初始化所有设置，然后再调用requestAnimationFrame(game_control);开始游戏

注：初始化时需要初始化得分与难度等级，这里解释下为什么要将第一个食物设置为蛇头下一个位置，因为这样的话蛇会自动先吃一个食物，继而可以通过“开始 / 继续” 一个按钮实现开始和继续操作，同时run_game()函数中的食物绘制是在蛇吃到食物之后，保证第一个食物顺利绘制，这样的话score就需要初始化为-1

// 用于初始化游戏各项参数
function
以上是关于JavaScript实现贪吃蛇小游戏的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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