网络中国象棋小游戏的实现

发表于 2013-09-05 更新于 2023-08-27 分类于编程， .NET ，学习笔记

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效果图 01

开学了，去图书馆借了几本书，没有找到想要的C++网络编程，倒是找到了几本LINUX的书，以及一本《Visual C#经典游戏编程开发》。翻了翻发现里面有个可以联网对弈的中国象棋游戏，一直写ASP.NET的网页，也想试着写写Winform的图形程序了，而且可以了解一下.NET的网络编程相关的内容。

象棋方面，先从网上找了张棋盘图片，在PS里把棋子一一扣了出来作为素材。编写对应的棋子类和棋盘类，前者实现棋子身份的识别和棋子图片的绘制，后者实现棋盘绘制、走棋规则、棋谱生成等功能。

网络通信的协议使用的是UDP协议，发送的信息规则是：“命令|参数1|参数2……”，主要命令：join表示用户想要联机，处于接受对方连接的状态；conn表示收到对方联机命令，已准备好开始游戏，对方可以开局了；new表示其中一方提出重新开始游戏；move|id|x|y表示移动棋盘上编号为id的棋子到x,y处；succ|赢方代号表示此局已分出胜负；exit表示退出游戏。

游戏开始后创建了一个线程，在read方法中创建UdpClient对象，循环侦听指定端口中由指定IP主机传来的信息。主要代码是：

udpClient = new UdpClient(Convert.ToInt32(txt_port.Text));
int id, x, y;
while(readFlag == true)
{
    try
    {
        byte[] data = udpClient.Receive(ref remote);
        string strData = Encoding.UTF8.GetString(data);
        string[] a = strData.Split('|');        // 分割命令与参数
        switch(a[0])                            // 判断命令
        {
            case "join":
            case "conn":
            //......
        }
    }
    catch
    {
        break;
    }
}

游戏过程中发送数据则是通过send方法，创建UdpClient网络服务对象，向指定IP的主机发送消息到设定的端口号。完成后发送后，关闭UDP网络服务。主要代码：

UdpClient sendUdp = new UdpClient();
UPAddress remoteIP;
try {
    remoteIP = IPAddress.Parse(txt_IP.Text);
}
catch {
    MessageBox.Show("请输入正确的IP地址！", "错误");
    return;
}
remote = new IPEndPoint(remoteIP, Convert.ToInt32(txt_remoteport.Text));
byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(str);
sendUdp.Send(buffer, buffer.Length, remote);
sendUdp.Close();

原书中的代码有一些小问题，所以做了点改动和简化。不过基本的思路还是和原书上是一样的。

通信过程方面，每次联机都需要双方填写好对方的IP、端口号以及自己的端口号。而且，由于没有明显的游戏过程标记，所以造成了一些通信问题，导致在不正确的阶段收到对方错误的请求时游戏出现意外的情况。

于是在完成后，就开始了对原程序的改造。考虑到内网用户连接外网的问题，就将游戏中的UDP协议通信改为了使用Socket通过TCP协议进行游戏通信。添加游戏状态state字段，包括以下几个主要状态：

public const short WAITING_CLIENT = 1;  // 作为主机，等待客户端连接
public const short SERVING = 2;         // 作为主机，客户端已连接，游戏中
public const short WAITING_SERVER = 3;  // 作为从机，等待主机接受连接
public const short CONNECTING = 4;      // 作为从机，连接到主机，游戏中

游戏的命令和监听流程也做了对应的改动。

主机建立游戏等待客户端连接的过程主要包括：监听端口、建立连接、开始监听消息，这三个步骤。首先创建线程，在线程中执行acceptClientConnect监听端口等待连接，检测到连接后建立连接，转入Read监听阶段。

private void WaitClient()
{
    // 启动一个线程来接受请求
    thread = new Thread(acceptClientConnect);
    thread.Start();
    SetState(WAITING_CLIENT);
}

// 接受请求
private void acceptClientConnect()
{
    IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, DEFAULT_PORT);
    listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
    toolStripStatusLabel1.Text = "正在等待其他玩家连接……";
    try
    {
        if (timeoutThread != null)
        {
            timeoutThread.Abort();
        }
        timeoutThread = new Thread(WaiteTimeOut);
        timeoutThread.Start();
        listener.Bind(localEndPoint);
        listener.Listen(1);
        connection = listener.Accept();
        listener.Close();
        listener = null;
        Read();
    }
    catch
    {
        toolStripStatusLabel1.Text = "连接中断，游戏终止。";
        SetState(FREE);
    }
}

private void WaiteTimeOut()
{
    Thread.Sleep(30000);
    if (connection == null || !connection.Connected)
    {
        if (listener != null)
        {
            SetState(FREE);
            toolStripStatusLabel1.Text = "连接超时，无玩家连接游戏。";
        }
    }
    timeoutThread = null;
}

预定的监听超时时间是30秒，30秒后没有连接时，转到FREE状态并终止监听。终止的实现思路是在主机本身创建一个TCP协议的Socket对象，向自身端口发送终止连接的消息，listener建立连接后在Read中接受到此消息停止阻塞，结束游戏彻底转为FREE状态，线程结束。

private void SetState(int newState)     // 支线程
{
    state = newState;
    switch (state)
    {
        case FREE:
            btnCreate.Text = "创建游戏";
            btnCreate.Enabled = true;
            btnJoin.Text = "加入游戏";
            btnJoin.Enabled = true;
            if (listener != null)
            {
                Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                socket.Connect(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), DEFAULT_PORT);
                if (socket.Connected)
                {
                    socket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes("end"));
                }
            }
            if (connection != null)
            {
                connection.Close();
                connection = null;
            }
            break;
        case WAITING_CLIENT:
            btnCreate.Text = "关闭游戏";
            btnJoin.Enabled = false;
            break;
        case SERVING:
            break;
        case WAITING_SERVER:
            btnJoin.Text = "断开游戏";
            btnCreate.Enabled = false;
            break;
        case CONNECTING:
            break;
    }
}

接受消息的Read方法和发送消息的Send方法方面，原本的UdpClient收发消息改为通过创建的connection（Socket）连接来通信。

private void Read()
{
    int t, x1, y1, x2, y2;
    while (state != FREE)
    {
        try
        {
            byte[] data = new byte[1024];
            int len = connection.Receive(data);
            string msg = Encoding.UTF8.GetString(data);
            string[] a = msg.Split('|');
            switch (a[0])
            {
                case "end": // 终止listener的监听
                    if (state != WAITING_CLIENT) continue;
                    connection.Close();
                    connection = null;
                    SetState(FREE);
                    return;
                case "join": // 客户端请求加入游戏
                    break;
                case "acce": // 服务端接受加入的请求
                    break;
                case "exit": // 对方方退出游戏
                    break;
                case "new":  // 对方方提出重新开局
                    break;
                case "succ": // 一方获胜
                    break;
                case "lose": // 一方认输
                    break;
                case "move": // 对方移动棋子
                    break;
            }
        }
        catch
        {
            break;
        }
    }
}

private void Send(string msg)
{
    if (connection != null)
    {
        byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);
        connection.Send(buffer);
    }
}