Разработка программы, моделирующей игру Змейка

Введение
Разработка программы, моделирующей игру "Змейка", представляет собой интересную задачу с точки зрения программирования и алгоритмизации. Целью данной работы является создание полноценного игрового приложения с возможностью управления змейкой на игровом поле и соблюдением правил игры. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Теоретическая часть
1.1-§. Постановка задачи
Целью данной дипломной работы является разработка программы, имитирующей классическую игру «Змейка». Основной задачей является создание игровой среды, в которой игрок управляет змееподобным существом, перемещающимся по виртуальной местности, добывающим пропитание и увеличивающимся в длину. Программа должна обеспечить корректное функционирование игрового процесса, включая управление, мониторинг состояния игры и отображение результатов.

1.2-§. Анализ средств реализации
Для разработки программы, моделирующей игру "Змейка", был выбран язык программирования C++. Этот выбор обусловлен несколькими факторами:
Высокая производительность: C++ предоставляет низкоуровневый доступ к памяти и оптимизирует выполнение кода, что делает его подходящим для разработки игр, где важна быстрая обработка данных и управление динамической памятью.
Обширные возможности для работы с графикой и пользовательским интерфейсом: Для реализации графической части программы могут быть использованы такие библиотеки, как:

1.3-§. Обоснование выбранного метода реализации
Для разработки программы, моделирующей игру «Змейка», был выбран метод объектно-ориентированного программирования (ООП). Программа будет написана на языке C++. Такой подход является оптимальным по нескольким причинам.
Логическое разделение на классы и объекты: В основе игры лежит ряд ключевых элементов, среди которых змея, игровое поле и предметы питания. Каждый из этих элементов может быть представлен отдельным классом.
Для примера, класс Snake будет отвечать за управление положением змеи, ее длиной и направлением движения. Класс Food будет отвечать за генерацию пищевых объектов на игровом поле. Класс Game отвечает за управление игровым процессом, включая обновление состояния игры, проверку столкновений и завершение игры. Такой подход позволяет легко поддерживать и расширять код благодаря независимости его компонентов.
2. Практическая часть
2.1-§. Техническое задание
Целью курсовой работы является разработка программы, моделирующей игру "Змейка" на языке C++. Программа должна представлять собой игровое приложение, позволяющее пользователю управлять змейкой, собирать объекты пищи и избегать столкновений с границами поля и самим собой. В процессе разработки программы необходимо выполнить следующие требования.
1. Общие требования:
Язык программирования: C++.
Среда разработки: любая IDE, поддерживающая C++ (например, Visual Studio, Code::Blocks, CLion).
Графическая библиотека: SFML или SDL (для реализации графической части) либо использование консольного интерфейса для упрощённой версии.
Тип приложения: настольное приложение, работающее на операционной системе Windows или Linux.
2. Функциональные требования:
Игровое поле:
Игровое поле представляет собой двумерную сетку фиксированного размера (например, 20x20 клеток).

2.2-§. Спецификация
Спецификация включает описание элементов интерфейса, структуры данных, функциональности и взаимодействия компонентов программы.
1. Игровое поле
Размер: 20x20 клеток (или другой размер, настраиваемый в настройках).
Отображение: Каждая клетка игрового поля может быть пустой, содержать сегмент змейки или объект пищи.
Рамки: Границы поля выступают в роли препятствий; при столкновении с ними игра завершается.
2. Змейка
Состав: Змейка состоит из сегментов, каждый из которых занимает одну клетку игрового поля.
Начальное состояние: Змейка начинается с длины 3 сегмента.
Движение: Управление движением осуществляется с помощью клавиш стрелок на клавиатуре (вверх, вниз, влево, вправо).
Рост: После поедания пищи змейка увеличивается на один сегмент.
2.3-§. Описание программы
Программа состоит из нескольких ключевых модулей:
 Модуль инициализации игрового поля и элементов: отвечает за создание и отображение игрового поля, генерирует начальное состояние змейки и пищи.
 Модуль управления змейкой: обрабатывает ввод с клавиатуры и изменяет направление движения змейки в зависимости от нажатых клавиш.
 Модуль игрового процесса: контролирует ход игры, обновляет состояние змейки при её движении, проверяет столкновения и взаимодействие с объектами пищи.
 Модуль отображения: отвечает за визуализацию игрового процесса, включая отображение текущего состояния змейки, пищи и границ игрового поля. Может использоваться графическая библиотека (например, SFML) или консольный интерфейс.
 Модуль завершения игры: обрабатывает окончание игры, выводит сообщение о завершении и предоставляет возможность перезапуска.

2.4-§. Руководство программиста
Данный раздел представляет собой руководство для программистов, которые будут работать над поддержкой и развитием программы, моделирующей игру "Змейка". В руководстве описаны основные компоненты программы, структура кода, ключевые модули, а также рекомендации по внесению изменений и улучшений.
1. Требования к окружению
Для успешной разработки и запуска программы на языке C++ необходимо подготовить рабочую среду, которая включает:
Компилятор C++ (например, GCC, MSVC).
Среда разработки: Visual Studio, CLion, Code::Blocks или любая другая поддерживающая C++ IDE.
Библиотека для графического интерфейса (если используется графический режим), например, SFML или SDL. Для консольной версии дополнительные библиотеки не требуются.
2. Алгоритм основного цикла игры
Программа использует стандартный игровой цикл, состоящий из нескольких этапов:
Инициализация: Создание объектов игры (змейка, игровое поле, пища).
Игровой цикл:
Обработка ввода: Проверка нажатых клавиш для изменения направления змейки.
Обновление состояния: Движение змейки, проверка столкновений, обновление положения объектов.
Отрисовка: Визуализация игрового поля, змейки и объектов пищи.
Проверка конца игры: Проверка столкновений змейки с границами или телом, завершение игры при необходимости.
Завершение игры: При окончании игры выводится сообщение и предлагается начать новую.
3. Рекомендации по внесению изменений

Заключение

В рамках курсовой работы была разработана программа, моделирующая классическую игру «Змейка» на языке программирования C++. Программа отвечает целям и требованиям, поставленным в начале исследования, и позволяет продемонстрировать фундаментальные принципы работы с динамическими структурами данных, обработки пользовательского ввода и реализации игрового процесса.