高级软件工程第三次作业——为数独游戏添加GUI界面并实现相关功能

     前言

            首先，考虑到这次项目的要求之一是要为数独棋盘添加GUI，即图形用户界面，由于自己之前多数时候只是写的控制台程序，而对于带GUI的开发接触的是少之又少，于是在深思熟虑之后初步决定采用两种方式：

            一：直接利用Visual Studio建立MFC工程进行开发

            二：使用QT这一C++ GUI程序开发框架

            方案一的优势是相比QT自己更加熟悉VS工具（再补补MFC的知识就好了），而方案二的优势在于搭建界面方便、跨平台，但受众群体小，难以派上用场，而且自己在QT Creator工具的配置和安装过程中出现的问题较多（只能暂时放弃这一工具了，有时间再去研究研究），遂决定采用方案一。

     一、先给出PSP吧

      

PSP1.2	Personal Software Process Stages	预估耗时（minutes）	实际耗时（minutes）
Planning	计划	20	25
· Analysis	· 需求分析 (包括学习MFC程序的开发)	120	145
· Code Review	· 代码复审	20	25
· Coding	· 具体编码	180	210
· Coding Standard	· 代码规范	20	15
· Design	· 具体设计	30	25
· Design Review	· 设计复审	5	5
· Design Spec	· 生成设计文档	10	15
· Estimate	· 估计任务所需时间	5	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 总结	20	30
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Test	· 测试（自我测试，Debug，提交修改）	110	125
· Test Report	·分析测试报告	20	30
合计		580	645

        二、项目要求（需求分析）

       1.生成任意数目的带有GUI的数独题目棋盘（非解好的棋盘），同时棋盘上生成用0表示的空格（30~60个），每个小块（3*3矩阵）中空格数不少于2个。

       2.用户可以在棋盘上自行填入数字，若成功解答则提示“解答成功！”，且每个数独棋盘有唯一解，同时还要输出至“sudotiku.txt”文件中。

       三、开发思路

          建立MFC工程，包括sudotiku.cpp源文件（用来生成所要的数独棋盘题目）、sudokuDlg.cpp源文件（用于数独棋盘对话框的生成，即GUI）、sudokulunch.cpp（用于对话框的启动）、sudokutip.cpp源文件（用于解答完毕后的弹框提示），并基于之前作业二的回溯法将数独棋盘矩阵生成后，在sudotiku.cpp源文件中新编写一个zerogenerator()函数将一些数字取为0得到新的矩阵（数独题目）后，再实例化一个对话框对象，通过该对象调用对话框生成函数OnPaint()函数显示数独棋盘，同时也将所生成的数独矩阵输出至"sudotiku.txt"文件中，当用户填完棋盘上所有空格（即值为0的格子）后再判断其正确性，随后弹框给出提示。

         四、具体源码

       1.sudotiku.cpp源文件

#include<iostream>
#include<fstream>
#include <chrono>//std下的一个子命名空间，为持续时间类服务chrono::system_clock
#include <random>//shuffle随机排列函数  default_random_engine
#include <algorithm>//使用for_each循环 
#include <functional>//定义了多个类模板
using namespace std;
void sudomatrixgenerator()
{
    int field[9][9] = { 0 }; //随机生成一行1~9
    auto init = [](int* list) //使用auto进行变量类型的自动匹配
    {
        for_each(list, list + 9, [=](int &i) //用来遍历list进行操作  =for(int i=0;i<9;i++)
        {
            i = &i - list + 1;
        }
        )
        unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();//调用当前系统时间作为随机种子seed的初始值
        shuffle(list, list + 9, default_random_engine(seed));//生成随机序列，将list至list+9区间内的数值随机排列
    }
    init(field[0]); //初始化第一行元素
    int trylist[9];
    init(trylist); //用于确定数字的尝试顺序
    int judge = [&field](int i, int j, int num) -> bool //判断填入的数字是否合法
    {
        for (int k(0); k < j; k++) //判断同一行中是否有重复元素
            if (field[i][k] == num)
                return false;
        for (int k(0); k < i; k++) //判断同一列中是否有重复元素相同
            if (field[k][j] == num)
                return false;
        int count = j % 3 + i % 3 * 3; //判断整个3*3区域中是否有重复元素
        while (count--)
            if (!(field[i - i % 3 + count / 3][j - j % 3 + count % 3] - num))
                return false;
        return true;
    };
    function<bool(int, int, int*)>//类模板 
        fill = [&trylist, &fill, &field, judge](int y, int x, int* numloc) -> bool //用简单回溯方法进行数字的填入
    {
        if (y > 8)
            return true;
        if (judge(y, x, *numloc))
        {
            field[y][x] = *numloc;
            if (fill(y + (x + 1) / 9, (x + 1) % 9, trylist))
                return true;
        }
        field[y][x] = 0;
        if (numloc - trylist >= 8)
            return false;
        if (fill(y, x, numloc + 1))
            return true;
    };
    fill(1, 0, trylist);//确定某位置要填入的数字
     //编写函数将棋盘中的某些数字取为0
    void zerogenerator(int x, int y) {
            char val = Get(x, y);
            for (int i = x / 3 * 3; i < x / 3 * 3 + 3; i++) {
                for (int j = y / 3 * 3; j < y / 3 * 3 + 3; j++) {
                    if (Get(i, y) == val && Get(i, y) != ' ' && i != x && j != y) {
                        return false;
                    }
                }
            }
            return true;
            zerogenerator::Sudoku(char* data) {
                for (int i = 0; i < 81; i++) {

 shuffle(list, list + 9, default_random_engine(seed));i=list,j=i%list;

bool isOri = (data[i] >= '1' && data[i] <= '9') return ? TRUE : FALSE; 
field[i / 9][i % 9] = new field(data[i], isOri); 
    } 
  } 
field[i][j] = '0'; 
} 
//根据参数输出相应的数独矩阵 
for (int i=0; i < 9; i++) { 
    for (int j : field[i]) 
     cout << j << " "; cout << endl; 
   } 
  cout << endl;//每个矩阵相隔一行 
} 
int main() { 
     int N; cout << "请输入数独棋盘题目个数：" << endl; 
       cin >> N; void sudomatrixgenerator(); 
  ofstream out; 
 try { out.open("sudotiku.txt", ios::trunc); 
     } 
  catch (exception e) { 
   cout << "打开文件sudotiku.txt失败！！！" << endl; 
     } 
    for (int i = 0; i <= N; i++) { 
     sudomatrixgenerator(); 
      } 
    out.close(); 
    return 0; 
}

       2.sudokuDlg.cpp源文件

// sudokuDlg.cpp : 实现文件      //数独棋盘对话框的生成
#include "stdafx.h"
#include "sudokuDlg.h"
#include "sudotiku.h"
#include "afxdialogex.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#endif
#define ID_TIMER 0
// CSudokuDlg 对话框
CSudokuAppDlg::CSudokuAppDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)
    : CDialogEx(IDD_SUDOKU_DIALOG, pParent)
{
    m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);
}
void CSudokuAppDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
    CDialogEx::DoDataExchange(pDX);
}
BEGIN_MESSAGE_MAP(CSudokuAppDlg, CDialogEx)
    ON_WM_PAINT()
    ON_WM_QUERYDRAGICON()
    ON_WM_LBUTTONDOWN()
    ON_BN_CLICKED(IDOK, &CSudokuAppDlg::OnBnClickedOk)
    ON_WM_TIMER()
    ON_NOTIFY(NM_CUSTOMDRAW, IDC_PROGRESS1, &CSudokuAppDlg::OnNMCustomdrawProgress1)
END_MESSAGE_MAP()
// CSudokuDlg 消息处理程序
BOOL CSudokuAppDlg::OnInitDialog()
{
    CDialogEx::OnInitDialog();
    // 设置此对话框的图标。  当应用程序主窗口不是对话框时，框架将自动
    //  执行此操作
    SetIcon(m_hIcon, TRUE);            // 设置大图标
    SetIcon(m_hIcon, FALSE);        // 设置小图标
    // TODO: 在此添加额外的初始化代码
    m_pSudoku = new SudokuGame(this);
    SetTimer(ID_TIMER, 1000, NULL);
    // 设置窗口大小
    CRect client;
    GetClientRect(client);
    int size = m_pSudoku->GetBoardSize();
    MoveWindow(client.left, client.top, 
        client.left+size+15, client.top+size+80, FALSE);
    // 设置Button和Static的位置
    CWnd* pWButton = GetDlgItem(IDOK);
    int buttonSize = 110;
    pWButton->SetWindowPos(NULL, client.top+size-buttonSize, 
        client.left+size, 0, 0, SWP_NOZORDER | SWP_NOSIZE);
    CWnd* pWStatic = GetDlgItem(IDC_STATIC);
    pWStatic->SetWindowPos(pWButton, 270, 450, 0, 0, 
        SWP_NOZORDER | SWP_NOSIZE);
    return TRUE;  // 除非将焦点设置到控件，否则返回 TRUE
}
// 如果向对话框添加最小化按钮，则需要下面的代码
//  来绘制该图标。  对于使用文档/视图模型的 MFC 应用程序，
//  这将由框架自动完成。
void CSudokuAppDlg::OnPaint()
{
    if (IsIconic())
    {
        CPaintDC dc(this); // 用于绘制的设备上下文
        SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, reinterpret_cast<WPARAM>(dc.GetSafeHdc()), 0);
        // 使图标在工作区矩形中居中
        int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);
        int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);
        CRect rect;
        GetClientRect(&rect);
        int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;
        int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;
        // 绘制图标
        dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);
    }
    else
    {
        m_pSudoku->DrawBoard();
        CDialogEx::OnPaint();
    }
}
//当用户拖动最小化窗口时系统调用此函数取得光标
//显示。
HCURSOR CSudokuAppDlg::OnQueryDragIcon()
{
    return static_cast<HCURSOR>(m_hIcon);
}
void CSudokuAppDlg::OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)
{
    // TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
    m_pSudoku->Select(point);
}
BOOL CSudokuAppDlg::PreTranslateMessage(MSG* pMsg)
{
    // TODO: 在此添加专用代码和/或调用基类
    if (pMsg->message == WM_KEYDOWN) {
        if (m_pSudoku->OnKeyDown(pMsg->wParam)) 
            return true;
    }
    return CDialogEx::PreTranslateMessage(pMsg);
}
void CSudokuAppDlg::OnBnClickedOk()
{
    // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
    m_pSudoku->NewGame();
    // Loading Effect
    AfxBeginThread(ProgressThread, this, THREAD_PRIORITY_IDLE);
}
UINT CSudokuAppDlg::ProgressThread(void* param) {
    CWnd* pCwnd = (CWnd*)param;
    CRect client;
    pCwnd->GetClientRect(client);
    CRect ProgRect = CRect(client.left, client.top, client.right, client.left + 4);
    CProgressCtrl *pProgCtrl = new CProgressCtrl();
    pProgCtrl->Create(WS_VISIBLE, ProgRect, pCwnd, 99);
    pProgCtrl->SetRange(0, 100);
    pProgCtrl->SetStep(1);
    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
        pProgCtrl->SetPos(i);
    }
    delete pProgCtrl;
    return 0;
}
void CSudokuAppDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{
    // TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
    CDialogEx::OnTimer(nIDEvent);
    switch (nIDEvent) {
    case ID_TIMER:
    {
        m_pSudoku->TimerUpdate();
        SetDlgItemText(IDC_STATIC, m_pSudoku->GetTimer());
        break;
    }
    default:
        KillTimer(nIDEvent);
        break;
    }
}
void CSudokuAppDlg::OnNMCustomdrawProgress1(NMHDR *pNMHDR, LRESULT *pResult)
{
    LPNMCUSTOMDRAW pNMCD = reinterpret_cast<LPNMCUSTOMDRAW>(pNMHDR);
    // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
    *pResult = 0;
}

          3.sudokulunch.cpp源文件

//游戏交互窗口（对话框）的启动
#include "stdafx.h"
#include "sudotiku.h"
#include "sudokuDlg.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#endif
// CSudokuApp
BEGIN_MESSAGE_MAP(CSudokuApp, CWinApp)
    ON_COMMAND(ID_HELP, &CWinApp::OnHelp)
END_MESSAGE_MAP()

// CSudokuApp 构造
CSudokuApp::CSudokuApp()
{
    // 支持重新启动管理器
    m_dwRestartManagerSupportFlags = AFX_RESTART_MANAGER_SUPPORT_RESTART;

    // TODO: 在此处添加构造代码，
    // 将所有重要的初始化放置在 InitInstance 中
}
// 唯一的一个 CSudokuApp 对象
CSudokuApp theApp;
// CSudokuApp 初始化
BOOL CSudokuApp::InitInstance()
{
    // 如果一个运行在 Windows XP 上的应用程序清单指定要
    // 使用 ComCtl32.dll 版本 6 或更高版本来启用可视化方式，
    //则需要 InitCommonControlsEx()。  否则，将无法创建窗口。
    INITCOMMONCONTROLSEX InitCtrls;
    InitCtrls.dwSize = sizeof(InitCtrls);
    // 将它设置为包括所有要在应用程序中使用的
    InitCtrls.dwICC = ICC_WIN95_CLASSES;
    InitCommonControlsEx(field[i][j]);//将所生成的数独题目显示至对话框
    CWinApp::InitInstance();
    AfxEnableControlContainer();
    // 任何 shell 树视图控件或 shell 列表视图控件。
    CShellManager *pShellManager = new CShellManager;
    // 激活“Windows Native”视觉管理器，以便在 MFC 控件中启用主题
    CMFCVisualManager::SetDefaultManager(RUNTIME_CLASS(CMFCVisualManagerWindows));
    // 标准初始化
    SetRegistryKey(_T("应用程序向导生成的本地应用程序"));
    CSudokuAppDlg dlg;
    m_pMainWnd = &dlg;
    INT_PTR nResponse = dlg.DoModal();
    if (nResponse == IDOK)
    {
        //  “确定”来关闭对话框的代码
    }
    else if (nResponse == IDCANCEL)
    {
        //  “取消”来关闭对话框的代码
    }
    else if (nResponse == -1)
    {
        TRACE(traceAppMsg, 0, "警告: 对话框创建失败，应用程序将意外终止。
");
        TRACE(traceAppMsg, 0, "警告: 如果您在对话框上使用 MFC 控件，则无法 #define _AFX_NO_MFC_CONTROLS_IN_DIALOGS。
");
    }
    // 删除上面创建的 shell 管理器。
    if (pShellManager != NULL)
    {
        delete pShellManager;
    }
}

         4.sudokutip.cpp源文件

#include "stdafx.h"               //根据结果给出正确性提示
#include "sudokulunch.h"
#pragma comment(lib, "wininet.lib")
    char* data = new char[81];
    for (int i = 0; i < 81; i++){
        if (cData[i] == _TCHAR('0')) 
            data[i] = char(cData[i]);
    }
bool sudokutip::IsFinish(data[]) {
    if ((data[i] >= '1' && data[i] <= '9') || data== '0 ') {
        Set(data[i]);
        return true;
    }
    else if (data[i]>= left && data[i] <= right) {
        return true;
    }
    return false;
}
void sudokutip::tip(char value) {
    bool tag=false;
    if (IsFinish()) {
        tag = true;
        AfxMessageBox(_T("成功解答数独棋盘！"));//提示已经解答完毕
    }
    else
    {
        AfxMessageBox(_T("错误解答！"));//提示用户解答错误
    }
}

          五、测试运行

         开始测试程序，例如输入棋盘生成个数为5，用户可点击生成数独棋盘按钮5次即可先后生成5个数独题目供用户解答，如下：

         如若成功解答棋盘，则提示“成功解答数独棋盘！”，如下：

           

    否则提示“错误解答（数字7重复）！”，如下:

           

      同时输出到"sudotiku.txt"文件中，如下：

         

       从测试结果来看，基本可以满足项目需求。

     六、性能分析

      棋盘个数为5时的cpu时间：14.357秒（5个峰谷表示生成5个数独棋盘的瞬间，平均每次占用cpu值为25%）

      

       各主要函数的cpu占用：主要是对话框的生成和棋盘数据的传递占用较多cpu

从时间角度来看效率还是不够，空间上看整个程序的运行大致占用9M的进程内存，基本可以满足设备运行的最低要求

   

      七、心得体会

       总的来说这次项目的的主要工作量（也可以说是难点吧）一方面是数独棋盘中数字零该如何选取（要保证有唯一解且数字0的分布也要考虑，这样生成的棋盘题目难度差异很大，本来应该设定一个难度级别选择的，但考虑到自己的水平。。。所以这也是一个很大的不足吧，而且自己UI实在是做的很烂），另一方面是考虑怎么把生成的数据放到textEdit等控件上让它们显示出来，最后还要对用户填写的结果进行验证等等。另一个很大的不足之处是自己对于MFC工程很生疏，其中sudokuDlg.cpp和sudokulunch.cpp两个源文件的建立与编写是在参考学习了大量的资料后勉强完成的（当然里面多数函数的声明与编写是由系统自动完成的，也是幸好有这么强大的IDE），包括后面利用AfxMessageBox函数进行弹框提示（附部分参考链接https://www.cnblogs.com/junjunjun123/p/8811150.html   和    https://www.cnblogs.com/saintdingspage/p/9469025.html    https://blog.csdn.net/qq_24282081/article/details/58683586）

  最后附上Coding.net的项目地址 ：https://coding.net/u/dhlg_201810812011/p/sudokuWithGUI/git  

 （学号201810812011）