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

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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 Allegroif (!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 trueif (!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_stateal_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;
}