C语言学习记录20240626

飞船无论朝哪边行驶，都能通过结构体记录获取它的初始坐标、转向角度和在该方向行进的距离，需要根据这些信息计算飞船移动后的坐标。

向量(vector)指具有大小(magnitude)和方向(direction)的量，可以理解为有方向的线段。
标量或纯量(scalar)指只有大小没有方向的量。
向量的分量(component)是指向量在不同方向上的投影或分解。
二维向量 $\vec{V}(2, -5)$ ，X 轴方向上分量为 2, Y 轴方向上分量为 -5，向量大小 $||\vec{V}||$ 由勾股定理得到 $\sqrt{2^2 + (-5)^2}$ ，书写参考《Markdown 数学公式详解》https://blog.csdn.net/qq_34745941/article/details/126598575

单位向量(unit vector)为大小或模为１个单位的向量。一个非零向量除以它的模,就可以得到相应的单位向量。所以向量也可以记为标量乘以指定方向的单位向量，然后相加，如 (2,-5) 可以记为 2(1,0)-5(0,1)

向量还有一种记法是以大小和方向表示，这里的方向通常为向量线与 X 正轴的夹角，X 正轴逆时针方向夹角为正，顺时针方向夹角为负。由于屏幕坐标左上角为原点，屏幕范围为正轴，纵轴与通常坐标轴方向相反，Allegro 函数 al_rotate_transform 应用转换矩阵旋转时，弧度为正则是顺时针，为负则是逆时针。

为了便于计算，假设飞船初始朝向与 X 轴平行，绘制初始画面时，飞船朝上与 Y 轴平行，向量夹角为负 90 度，右转 30 度向前行驶一段距离，则飞船终点相对于初始坐标变化 X 坐标为 $||\vec{V}||cos(30-90)$ ，Y 坐标为 $||\vec{V}||sin(30-90)$

C 语言 math 模块中的 cos 和 sin 传入参数也是弧度。

Allegro 中按住按键不放，并不会持续产生按键事件，可以在定时器事件中循环检查所有按键状态 al_get_keyboard_state，然后通过 al_key_down 判断指定按键按下状态，未检测到按下状态即为弹起 https://liballeg.org/a5docs/trunk/keyboard.html#al_get_keyboard_state ，类似 pygame.key.get_pressed https://www.pygame.org/docs/ref/key.html#pygame.key.get_pressed

C语言学习记录20240626
spaceship.h

#ifndef _SPACESHIP_H
#define _SPACESHIP_H

#include <allegro5/allegro.h>

extern const int WIDTH;
extern const int HEIGHT;


typedef struct {
	float sx; // 飞船中屏幕中的坐标 
	float sy;
	float heading; //飞船朝向角度，如 30 度为 30.0 
	float speed;
	int gone; // 是否阵亡
	ALLEGRO_COLOR color; 
} Spaceship;

void draw_ship(Spaceship *s);
void rotate_ship(Spaceship *s, int direction);
void accelerate_ship(Spaceship *s, int gas);

#endif

spaceship.c

#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <allegro5/allegro_primitives.h>

#define DEGREES(x) ((x) * ALLEGRO_PI / 180.0)
#define DEFAULT_DEGREE 10.0
#define REAL_ROTATE(x) ((x) - 90.0)
#define DEFAULT_SPEED 0.1
#define MAX_SPEED 3.0

#include "./spaceship.h"


// 绘制飞船
void draw_ship(Spaceship *s) {
	ALLEGRO_TRANSFORM transform;
	al_identity_transform(&transform);
	al_rotate_transform(&transform, DEGREES(s->heading));
	al_translate_transform(&transform, s->sx, s->sy);
	al_use_transform(&transform);
	// 画线需要在调用 al_create_display 前设置多重采样以抗锯齿 
	al_draw_line(-8, 9, 0, -11, s->color, 3.0f);
	al_draw_line(0, -11, 8, 9, s->color, 3.0f);
	al_draw_line(-6, 4, -1, 4, s->color, 3.0f);
	al_draw_line(6, 4, 1, 4, s->color, 3.0f);
	// 重置变换矩阵，不然会影响其他绘制内容 
    al_identity_transform(&transform);
    al_use_transform(&transform);
    // 画辅助线 
    al_draw_line(s->sx, 0, s->sx, HEIGHT, al_map_rgb(255, 255, 255), 0.3f);
    al_draw_line(0, s->sy, WIDTH, s->sy, al_map_rgb(255, 255, 255), 0.3f);
}

// 飞船左右控制转向, direction -1-左转 1-右转 
void rotate_ship(Spaceship *s, int direction) {
	if (direction == 0) return;
	s->heading += DEFAULT_DEGREE * direction;
	if (abs(s->heading) >= 360.0) {
		s->heading -= 360.0 * direction;
	}
}

// 飞船上下控制加减速 gas -1-减速 1-加速，这里飞船速度为每帧前进距离 
void accelerate_ship(Spaceship *s, int gas) {
	if (gas == 0) return;
	s->speed += DEFAULT_SPEED * gas;
	
	if (s->speed < 0.0) {
		s->speed = 0.0;
		return;
	}
	if (s->speed > MAX_SPEED) {
		s->speed = MAX_SPEED;
	}

	s->sx += s->speed * cos(DEGREES(REAL_ROTATE(s->heading)));
	s->sy += s->speed * sin(DEGREES(REAL_ROTATE(s->heading)));
	printf("Rotate:%.2f X:%.2f Y:%.2f SPEED:%.2f\n", REAL_ROTATE(s->heading), s->sx, s->sy, s->speed);
}

main.c

#include <stdio.h>
#include <allegro5/allegro.h>
#include <allegro5/allegro_primitives.h>
#include <allegro5/allegro_font.h>
#include <allegro5/allegro_ttf.h>
#include "./utility.h"
#include "./spaceship.h"


// 全局变量 
const int WIDTH = 800; // 屏幕尺寸 
const int HEIGHT = 600;
const int FPS = 60; // 帧率 
ALLEGRO_FONT *font_40; // 字体 

int main() {
    // 初始化 Allegro
    if (!al_init()) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize Allegro!\n");
        return -1;
    }

    // 安装键盘驱动，安装成功或已经安装过则返回 true
    if (!al_install_keyboard()) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize keyboard!\n");
        return -1;
    }

    // 初始化图形绘制插件 
    if (!al_init_primitives_addon()) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize primitives addon!\n");
        return -1;
    }
    
    // 初始化字体插件 
    if (!al_init_font_addon()) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize font addon!\n");
        return -1;
    }
    
    // 初始化 TTF 字体插件 
    if (!al_init_ttf_addon()) {
        fprintf(stderr, "Failed to initialize ttf font addon!\n");
        return -1;
    }
    // 加载 TTF 字体，字号 40 
	font_40 = al_load_ttf_font("arial.ttf", 40, 0);
	
    // 启用多重采样
    al_set_new_display_option(ALLEGRO_SAMPLE_BUFFERS, 1, ALLEGRO_SUGGEST);
    al_set_new_display_option(ALLEGRO_SAMPLES, 4, ALLEGRO_SUGGEST);
    
    // 创建指定宽高的窗口 
    ALLEGRO_DISPLAY *display = al_create_display(WIDTH, HEIGHT);
    if (!display) {
        fprintf(stderr, "Failed to create display!\n");
        return -1;
    }

    // 创建事件队列 
    ALLEGRO_EVENT_QUEUE *event_queue = al_create_event_queue();
    if (!event_queue) {
        fprintf(stderr, "Failed to create event queue!\n");
        al_destroy_display(display);
        return -1;
    }
    
    // 创建定时器，每 1.0 / FPS 秒触发一次 
    ALLEGRO_TIMER *timer = al_create_timer(1.0 / FPS);

    // 注册事件源到事件队列 
    al_register_event_source(event_queue, al_get_display_event_source(display));
    al_register_event_source(event_queue, al_get_keyboard_event_source());
    al_register_event_source(event_queue, al_get_timer_event_source(timer));

    // 清除屏幕并填充黑色 
	al_clear_to_color(al_map_rgb(0, 0, 0));
	
	// 绘制背景 logo 
	draw_logo();
		
	// 初始化并绘制飞船 
	Spaceship s = {WIDTH / 2.0, HEIGHT / 2.0, 0.0, 0.0, 0, al_map_rgb(0, 255, 0)};
	draw_ship(&s);
	
	// 交换缓冲区
    al_flip_display();
    
    // 启动定时器 
    al_start_timer(timer);
    
    
    bool done = false; // 游戏是否结束 
    bool redraw = false; // 是否重绘 
    ALLEGRO_KEYBOARD_STATE key_state; // 按键状态
    int rotate = 0; // 转向 
	int accelerate = 0; // 加速 
    
    // 轮询事件 
	while (!done) {
        ALLEGRO_EVENT event;
        // 等待从事件队列取出事件 
        al_wait_for_event(event_queue, &event);
        
        if (event.type == ALLEGRO_EVENT_TIMER) {
        	// 处理定时器事件 
        	redraw = true; // 重绘 
        	
        	// 获取所有按键状态并保存到 key_state
            al_get_keyboard_state(&key_state);
			
			// 如果按下左右键就转向，否则左右键都为弹起状态则方向不变 
			if (al_key_down(&key_state, ALLEGRO_KEY_LEFT)) {
                rotate = -1;
            } else if (al_key_down(&key_state, ALLEGRO_KEY_RIGHT)) {
                rotate = 1;
            } else {
            	rotate = 0;
			}
			// 按上键加速，上键弹起或按下键减速 
            if (al_key_down(&key_state, ALLEGRO_KEY_UP)) {
                accelerate = 1;
            } else {
            	accelerate = -1;
			}
			if (al_key_down(&key_state, ALLEGRO_KEY_DOWN)) {
                accelerate = -1;
            }
            
        } else if (event.type == ALLEGRO_EVENT_KEY_DOWN && event.keyboard.keycode == ALLEGRO_KEY_ESCAPE) {
        	// 处理单次按键事件，这里响应 ESC 按键 
			done = true;
        } else if (event.type == ALLEGRO_EVENT_DISPLAY_CLOSE) {
			// 处理窗口事件，这里响应点击窗口右上角关闭 
            done = true;
        }
        
       if (redraw && al_is_event_queue_empty(event_queue)) {
            redraw = false;
            
            // 更新转向和加速状态 
            rotate_ship(&s, rotate);
            accelerate_ship(&s, accelerate);

        	// 清屏并更新绘制
	        al_clear_to_color(al_map_rgb(0, 0, 0));
	        draw_logo();
	        draw_ship(&s);
	        al_flip_display();
        }
    }

    // 销毁资源，释放内存 
    al_destroy_timer(timer);
    al_destroy_font(font_40);
    al_destroy_display(display);
    al_destroy_event_queue(event_queue);

    return 0;
}