目標
這是篇目標導向 (Goal-Oriended) 的 C/C++ 入門教學 ，針對的是完全沒學過 C/C++ 的初學者寫的。本章目標是讓完全不懂 C++ 的人，最後能自己寫出一個會和玩家對戰的井字遊戲 (tic-tac-toe)。一個簡單的井字遊戲需要包括以下功能
- 輸入 (鍵入一個數字代表想要下的位置)
- 輸出 (用文字畫出一個井字棋盤)
- 各種判斷，包括有無贏家，九宮格是否已經全部畫滿了，或下一步要下在哪個位置。
不包括在這篇入門教學的部分
- 網路功能的輸入和輸出
- 圖形介面的輸出
- 非必要的 C/C++ 語法
網路和繪圖並不包括在標準的 C++ 中，意思是像是 Linux 和 Windows 上要畫圖或是寫網路功能的程式長的都不太一樣，所以這篇文章不會討論該部分。
設定環境
以下方法是 “真正” 免費的 C/C++ 工具中，我認為安裝使用上最簡單的一種。
- 確認使用的是 Windows 10，64bits，版本在 1607 以上。
- 在 “設定 -> 系統 -> 關於” 可以找到相關訊息。
- 如果版本太舊，”設定 -> 更新 -> 檢查更新” 去更新 Windows 10
- “開始 -> Windows Powershell -> (滑鼠右鍵用系統管理者身分開啟) Windows Powershell”，在 Powershell 下，打入以下的指令安裝 WSL (Windows Subsystem for Linux)。
- dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart
- 到 Windows Store 搜尋並安裝 Ubuntu，安裝完後點擊 Ubuntu 就會出現可以下指令的 Linux console
- 在 Linux 下我們要安裝 C/C++ 的編譯器，並請順便安裝一個叫 make 的軟體，請在 console 執行下面三個指令，有可能會要求你的密碼。完成後請執行 gcc –version 和 make –version 確認有無問題。
- sudo apt update
- sudo apt install gcc
- sudo apt install make
- 最後回到 Windows，安裝免費的文字編輯軟體 Notepad++，或是任何一種純文字 (txt) 的編輯工具，Windows 附屬應用程式的記事本很難用，不太建議。
檔案位置
在 Linux 下，可以用下面幾個指令變換與尋找檔案
- “cd /” 跳到最上層
- “cd /mnt” 跳到最上層的 mnt 目錄下
- “cd mnt” 進入同一層的 mnt 子目錄下
- “ls” 列出同一目錄下所有檔案和子目錄
- “cd ..” 回到目錄的上一層
cd 是 change directory 的簡寫，ls 應該是 list 吧。
對 Linux 像是外接硬碟之類東西都放在 “/mnt” 下，而 Windows 的 C 槽也視為類似的東西，目錄是 “cd /mnt/c”。
作業：試著在 Windows 下的某個地方，建立並儲存一個文字檔案，然後進入 Linux 找到該檔案。
第一個 C/C++ 程式
用 Notepad++ 在 Windows 下開一個文字檔案 main.cpp，寫入以下的程式。
int main()
{
return 0;
}
這是一個取名為 main 的 function，int 指的是該 function 需要回傳一個整數的結果，所以 function 最後有 return 0。C/C++ 語法裡，一行指令的結尾區要加個分號。在執行某個程式時，作業系統會尋找叫 main function 當初始點 (entry point)。因此，沒有 main function 的程式是無法執行的。
接下來，我們讓這個程式做點事情。
#include <iostream>
int main()
{
std::cout << "hello" << std::endl;
return 0;
}
std::cout 是用來輸出文字的 “物件” (物件的真正意義要到第三章才會提到)，我們輸出了二個東西，一個是 “hello” 一個是 std::endl。”hello” 就是一個字串，std::endl 是換行的符號。程式要使用 std::cout 並需提前告知編譯器，所以會有 #include <iostream> 這行。
開始編譯，我們進入 Linux，進入該檔案的目錄，打入以下的指令。
- g++ main.cpp
只要有用到 C++ 的 “功能”，就要用 g++ 來編譯，上面指令是叫 g++ 編譯 main.cpp 這個程式，因為沒有指定輸出檔名，所以 g++ 會自己產生預設的 a.out 這個執行檔。執行 a.out 時，用以下的指令。
- ./a.out
看到結果了嗎? 畫面會出現一行字 “hello”，試著將換行符號拿掉再試一次看看有無不同。
最後，是輸入和輸出的最後一課
#include <iostream>
#include <string>
int main()
{
std::string input;
std::cout << "Text me something: ";
std::cin >> input;
std::cout << "Your text is: " << input << std::endl;
return 0;
}
上面的程式多了二個新東西，第一個是 std::string input，第二個是 std::cin。main function 內的四行做的事是
- 告知有個叫 input 的字串 (std::string)
- 輸出 “Text me something: “
- 讓使用者打字並存到 input 這個字串裡
- 輸出 “Your text is: ” 加上 input 字串，最後再換行。
儲存，執行，並玩看看這個程式。
作業：把上面的程式背起來，要熟練到再不偷看的情況下，能毫無錯誤的自行完成該程式，編譯並執行為止。
程式跟其他的技藝一樣，只有理解是不夠的，熟練度才是重點。而且程式的 Input 和 Output 是一切的基礎，如果連 IO 都需要查書看網路才寫得出來，那是很難再學習下去的了。
Function
開頭有說，在執行程式時，程式的進入點是 main function。既然有 “main” function，那當然有其它的 “sub” function (這種叫法好像只有再 VBA 看過)。接下來我們要將其他的 function 加入程式中。
自行打入以下的程式
#include <iostream>
void draw_board()
{
std::cout << "123" << std::endl;
std::cout << "456" << std::endl;
std::cout << "789" << std::endl;
}
int main()
{
draw_board();
return 0;
}
我們寫了一個叫 draw_board() 的 function，不需要回傳任何結果，所以開頭是 void，裡面做的事情就是畫一個 tic-tac-toe 的板子。在 main function 中每當我們要畫板子，就用 draw_board() 呼叫即可。
但是輸出這樣的板子和實際上是不一樣的，因為 draw_board() 並不知道那些格子已經被劃過了，或是被誰劃過了，所以這個 function 除了畫一個空白的板子外，沒有其他的用途。因此我們必須要有辦法將某些訊息 “告知” function。
自行打入下面的程式
#include <iostream>
void draw_board( int s1, int s2, int s3,
int s4, int s5, int s6,
int s7, int s8, int s9 )
{
std::cout << s1 << s2 << s3 << std::endl;
std::cout << s4 << s5 << s6 << std::endl;
std::cout << s7 << s8 << s9 << std::endl;
}
int main()
{
draw_board( 0, 0, 1,
1, 0, 0,
2, 1, 2);
return 0;
}
這次我們在 function 名字後面的括號裡加了九個 int 整數，命名為 s1 到 s9，用逗號分隔，意思是我們使用這個 function 的同時會提供九個數字，請將這九個數字輸出到畫面上。在使用時，為了美觀，我們用了些空格和換行，在 C/C++ 中，你可以自行加入自己喜歡的空格和排版來讓程式看起來比較易讀。
對井字遊戲來說，格子有三種狀態，無人勾選，玩家勾選，和電腦勾選。我們可以用數字來定義它，像是數字 0 是無人佔領的格子，數字 1 是玩家佔領的格子，數字 2 是電腦佔領的格子，這樣 draw_board 就有其意義了。可是井字遊戲是用圈圈和叉叉來表示的，寫個 0 1 2 沒人看得懂啊。所以我們就要引入判斷式 if-else 來達到這個功能了。
自行打入下面的程式
#include <iostream>
void draw_slot( int slot )
{
if ( slot == 0 )
{
std::cout << ".";
}
else if ( slot == 1 )
{
std::cout << "O";
}
else if ( slot == 2 )
{
std::cout << "X";
}
else
{
// error occurred
}
}
void draw_board( int s1, int s2, int s3,
int s4, int s5, int s6,
int s7, int s8, int s9 )
{
draw_slot( s1 );
draw_slot( s2 );
draw_slot( s3 );
std::cout << std::endl;
draw_slot( s4 );
draw_slot( s5 );
draw_slot( s6 );
std::cout << std::endl;
draw_slot( s7 );
draw_slot( s8 );
draw_slot( s9 );
std::cout << std::endl;
}
int main()
{
draw_board( 0, 0, 1,
1, 0, 0,
2, 1, 2);
return 0;
}
程式看起來很長，但其實就是多了一個 draw_slot( int slot ) 的 function，裡面的邏輯是:
- 如果 slot 等於 0，劃出一個點
- 如果 slot 不等於 0，但等於 1，劃出一個圈
- 如果 slot 不等於 0 也不懂於 1，但等於 2，劃出一個叉
- 如果 slot 不等於 0 1 2，錯誤發生，程式中的 “// error occurred” 是給人看得附註，不是程式的一部份，真實的程式需要處裡這種 bug。
作業：把井字遊戲的格子畫好看一點，像是下面的例子。
O | X | .
---------
X | O | .
---------
. | . | X
接下來我們試試看多重的判斷式，請參考下面未完成的 get_winner() function。
int get_winner( int s1, int s2, int s3,
int s4, int s5, int s6,
int s7, int s8, int s9 )
{
if (( s1 == 1 && s2 == 1 && s3 == 1 ) ||
( s4 == 1 && s5 == 1 && s6 == 1 ) ||
( s7 == 1 && s8 == 1 && s9 == 1 ))
{
return 1;
}
return 0;
}
int main()
{
return 0;
}我們想要一個 function 判斷有無勝利者，如果玩家勝利，回傳 1，如果電腦勝利，回傳 2，不然回傳 3。第一段判斷式是這樣寫的：
如果 s1 / s2 / s3 這三個格子都是 1，或是 s4 / s5 / s6 這三個格子都是 1 ，或是 s7 / s8 / s9 這三個格子都是 1，則勝利者是玩家，回傳 1 。
- 括號內的判斷會先完成
- 二個 = 是二邊是否相等的意思
- 二個 & 是 AND 的意思
- 二個 | 是 OR 的意思
但是在井字遊戲中，還有直線和橫線的贏法，而且還要判斷電腦贏的部分，所以是未完成。
作業：完成這個 get_winner() function
重複同樣的動作直到出現贏家，或是沒可用格子為止
在遊戲過程中，遊戲會一直持續到
- 玩家贏了
- 電腦贏了
- 沒格子了
這類一直持續到某個情況發生為止的判斷式一般是用 while-loop，請自行打入下面的程式。
#include <iostream>
// return 1 if valid, else 0
int validate_move( int move, int s1, int s2, int s3, int s4, int s5, int s6, int s7, int s8, int s9 )
{
return 0;
}
int main()
{
int result;
int player_move;
int winner = 0;
int s1 = 0, s2 = 0, s3 = 0;
int s4 = 0, s5 = 0, s6 = 0;
int s7 = 0, s8 = 0, s9 = 0;
while ( winner == 0 )
{
std::cout << "What's your move? (1~9): " << std::endl; std::cin >> player_move;
// check if such move is valid
result = validate_move( player_move, s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
if ( result == 0 )
{
std::cout << "Bad move, try again." << std::endl;
continue;
}
// TODO: not complete
}
return 0;
}
首先，裡面多了一個 validate_move()，依照說明就是如果使用者輸入的格子號碼已經有人下了，就回傳 0，不然回傳 1。所以如果是 0 的時候，我們用 continue 從中間跳回 while-loop 的開頭重來一次。而 while-loop 會重複一直做到 winner 等於 1 才會停。
- 在執行時。發現程式永遠無法結束，就按 CTRL+C 強制退出。
完成你的第一個 C/C++ 遊戲程式
我們已經將寫一個井字遊戲所需要的所有東西都描述並運用過了，接下來該真的完成它了。程式的演算法如下：
- 畫棋盤，告知玩家 1到9的位置。
- 等待玩家輸入 1到9的數字。(while-loop)
- 確認玩家輸入的數字是否是空格，如果不是，回到 2。
- validate_move()
- 將該空格代表的變數 (s1 ~ s9 ) 改為 1。
- 確認玩家是否贏了，如果是，告知並跳出 (break while-loop) 到步驟 10。
- get_winner()
- 判斷是否還有空格，如果沒有，告知並跳出 (break while-loop) 到步驟 10。
- 判斷電腦要下哪個位置。
- get_aimove();
- 確認電腦是否贏了，如果是，告知並跳出 (break while-loop) 到 步驟10。
- get_winner()
- 判斷是否還有空格，如果沒有，告知並跳出 (break while-loop) 到步驟 10。
- 程式結束
#include <iostream>
int main()
{
int result;
int player_move, ai_move;
int winner = 0;
int s1 = 0, s2 = 0, s3 = 0;
int s4 = 0, s5 = 0, s6 = 0;
int s7 = 0, s8 = 0, s9 = 0;
// draw the board
draw_board( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
while ( winner == 0 )
{
// get player's move
std::cout << "What's your move? (1~9): " << std::endl; std::cin >> player_move;
// check if such move is valid
result = validate_move( player_move, s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
if ( result == 0 )
{
std::cout << "Bad move, try again." << std::endl;
continue;
}
// set player's move
if ( player_move == 1 ) { s1 = 1; }
else if ( player_move == 2 ) { s2 = 1; }
else if ( player_move == 3 ) { s3 = 1; }
else if ( player_move == 4 ) { s4 = 1; }
else if ( player_move == 5 ) { s5 = 1; }
else if ( player_move == 6 ) { s6 = 1; }
else if ( player_move == 7 ) { s7 = 1; }
else if ( player_move == 8 ) { s8 = 1; }
else if ( player_move == 9 ) { s9 = 1; }
else {
// error handling
std::cout << "Bad move, try again." << std::endl;
continue;
}
// check if player wins
winner = get_winner( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
if ( winner == 1 )
{
std::cout << "Player wins!" << std::endl;
break;
}
// get computer's move
ai_move = get_aimove( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
// set computer's move
if ( ai_move == 1 ) { s1 = 2; }
else if ( ai_move == 2 ) { s2 = 2; }
else if ( ai_move == 3 ) { s3 = 2; }
else if ( ai_move == 4 ) { s4 = 2; }
else if ( ai_move == 5 ) { s5 = 2; }
else if ( ai_move == 6 ) { s6 = 2; }
else if ( ai_move == 7 ) { s7 = 2; }
else if ( ai_move == 8 ) { s8 = 2; }
else if ( ai_move == 9 ) { s9 = 2; }
// check if computer wins
winner = get_winner( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
if ( winner == 2 )
{
std::cout << "AI wins!" << std::endl;
break;
}
// check if no more slot
result = has_slot( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
if ( result == 0 )
{
std::cout << "Draw!" << std::endl;
break;
}
// draw the board
draw_board( s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7, s8, s9 );
}
return 0;
}
作業：完成這個程式!
也許 get_aimove() 會是個挑戰，電腦是可以計算出所有可能的走法並取得最佳解，但演算法的部分不是這篇要提的東西，所以盡量寫吧! 🙂