使用Java实现四子棋游戏 | Baeldung

1. 引言

本文将介绍如何用Java实现经典游戏四子棋。 我们会先了解游戏规则和玩法，然后逐步实现这些规则。

2. 什么是四子棋？

在实现游戏前，必须先理解游戏规则。

四子棋规则相对简单：玩家轮流将棋子放入任意一列的顶部。每次落子后，如果某玩家的棋子在水平、垂直或对角线方向连成四子，则该玩家获胜：

若无人获胜，则轮到下一位玩家。游戏持续进行直到某玩家获胜或棋盘填满（平局）。

⚠️ 关键规则：玩家可自由选择落子的列，但棋子必须落在该列的最上方空位，不能自由选择行。

实现这个游戏需要考虑三个核心组件：游戏棋盘、落子机制和胜负判定。 我们将逐一实现这些功能。

3. 定义游戏棋盘

开始游戏前，需要先创建游戏棋盘。 棋盘包含所有可落子的格子，并记录已放置的棋子位置。

首先定义玩家棋子的枚举类型：

public enum Piece {
    PLAYER_1,
    PLAYER_2
}

这里假设游戏只有两名玩家，这是四子棋的典型设定。

接下来创建棋盘类：

public class GameBoard {
    private final List<List<Piece>> columns;
    private final int rows;

    public GameBoard(int columns, int rows) {
        this.rows = rows;
        this.columns = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < columns; ++i) {
            this.columns.add(new ArrayList<>());
        }
    }

    public int getRows() {
        return rows;
    }

    public int getColumns() {
        return columns.size();
    }
}

这里使用嵌套的List表示棋盘：每个内层List代表一列，列表中的元素表示该列中的棋子。

棋子必须从底部向上堆叠，因此无需处理中间空隙——所有空隙都在已放置棋子的上方。 实际存储时，我们按棋子加入列的顺序保存。

添加辅助方法获取指定位置的棋子：

public Piece getCell(int x, int y) {
    assert(x >= 0 && x < getColumns());
    assert(y >= 0 && y < getRows());

    List<Piece> column = columns.get(x);

    if (column.size() > y) {
        return column.get(y);
    } else {
        return null;
    }
}

参数说明：

x：列索引（从0开始）
y：行索引（从底部开始为0）返回该位置的棋子，若为空则返回null。

4. 实现落子功能

有了棋盘后，需要实现落子功能。 玩家通过将棋子放入指定列的顶部来落子：

public void move(int x, Piece player) {
    assert(x >= 0 && x < getColumns());

    List<Piece> column = columns.get(x);

    if (column.size() >= this.rows) {
        throw new IllegalArgumentException("该列已满");
    }

    column.add(player);
}

✅ 关键点：

检查列索引是否有效
检查该列是否已满（棋子数超过行数）
将新棋子添加到列的末尾（即顶部）

5. 胜负判定逻辑

玩家落子后，需要检查是否获胜。 获胜条件是棋子在水平、垂直或对角线方向连成四子。

但我们可以优化检查逻辑，利用游戏规则的特点：

只有刚落子的玩家可能获胜（游戏在有人获胜时立即结束）
获胜线必须包含刚落子的棋子（无需检查整个棋盘）
利用列堆叠特性排除不可能情况（例如垂直线要求棋子至少在第4行）

最终只需检查以下13条可能的线：

1条垂直线：从当前棋子向下延伸3格
4条水平线：分别从当前棋子左侧3格到右侧3格（滑动检查）
4条主对角线线：从当前棋子左上3格到右下3格
4条副对角线线：从当前棋子左下3格到右上3格

实际检查时，部分线可能超出棋盘边界（无效线）：

如图所示，部分线会超出棋盘范围，这些线不可能形成获胜条件。

5.1 检查单条线

首先实现检查单条线的方法：给定起点和方向，检查该线上四个格子是否都属于当前玩家：

private boolean checkLine(int x1, int y1, int xDiff, int yDiff, Piece player) {
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        int x = x1 + (xDiff * i);
        int y = y1 + (yDiff * i);

        if (x < 0 || x > columns.size() - 1) {
            return false;
        }

        if (y < 0 || y > rows - 1) {
            return false;
        }

        if (player != getCell(x, y)) {
            return false;
        }
    }

    return true;
}

✅ 优化点：

循环中同时检查边界和棋子归属
发现任何不匹配立即返回false
仅检查4个格子，无需预计算边界

5.2 检查所有可能线

接下来检查所有可能的获胜线：只要有一条线满足条件即判定获胜：

private boolean checkWin(int x, int y, Piece player) {
    // 垂直线
    if (checkLine(x, y, 0, -1, player)) {
        return true;
    }

    for (int offset = 0; offset < 4; ++offset) {
        // 水平线
        if (checkLine(x - 3 + offset, y, 1, 0, player)) {
            return true;
        }

        // 主对角线（左上到右下）
        if (checkLine(x - 3 + offset, y + 3 - offset, 1, -1, player)) {
            return true;
        }

        // 副对角线（左下到右上）
        if (checkLine(x - 3 + offset, y - 3 + offset, 1, 1, player)) {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

🔍 算法解析：

垂直线：从当前棋子向下检查
水平线：滑动检查4条可能的线（从左3格到右3格）
对角线：类似水平线，但需同时调整行和列

最后更新move()方法，返回是否获胜：

public boolean move(int x, Piece player) {
    // 前面的代码保持不变

    return checkWin(x, column.size() - 1, player);
}

5.3 游戏演示

至此已实现完整游戏逻辑。创建棋盘并轮流落子，直到有人获胜：

GameBoard gameBoard = new GameBoard(8, 6);

assertFalse(gameBoard.move(3, Piece.PLAYER_1));
assertFalse(gameBoard.move(2, Piece.PLAYER_2));

assertFalse(gameBoard.move(4, Piece.PLAYER_1));
assertFalse(gameBoard.move(3, Piece.PLAYER_2));

assertFalse(gameBoard.move(5, Piece.PLAYER_1));
assertFalse(gameBoard.move(6, Piece.PLAYER_2));

assertFalse(gameBoard.move(5, Piece.PLAYER_1));
assertFalse(gameBoard.move(4, Piece.PLAYER_2));

assertFalse(gameBoard.move(5, Piece.PLAYER_1));
assertFalse(gameBoard.move(5, Piece.PLAYER_2));

assertFalse(gameBoard.move(6, Piece.PLAYER_1));
assertTrue(gameBoard.move(4, Piece.PLAYER_2));

这段落子序列与文章开头的示例一致，最后一步落子后PLAYER_2获胜。

6. 总结

本文介绍了四子棋的游戏规则，并展示了如何用Java实现核心逻辑。 不妨尝试自己动手实现，并扩展成完整的游戏应用。

本文的完整代码可在GitHub获取。

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