VC++ 借助 Win32 API 绘图实现基本的细胞自动机演示

//本程序使用 Visual Studio 2015 生成的 Win32 窗口程序模板 开发
//使用 Win32 API 绘图
//实现基本的细胞自动机演示
//
//目前已知问题：
//存在内存泄漏，但具体哪里泄漏还未找到
//长时间运行会卡死崩溃，怀疑与刷新频率较高带来的高系统资源占用有关
//
// LifeCompute2.cpp : 定义应用程序的入口点。
//细胞自动机：
//一个活的细胞周围的八个格子中
//如果有2或者3个格子是活的，则继续存活
//否则死亡
//一个死亡的格子周围的八个格子中
//如果有3个格子是活的则变成活的
//否则依然是死亡

//要使用两个二维数组来代表前后两轮的生存状况
//不可以只使用一个二维数组并在其中一个个的更新细胞状态
//因为相邻的细胞之间会相互影响

#include "stdafx.h"
#include "LifeCompute2.h"
#include "resource.h"        //资源文件中添加了一个draw菜单，用以开始。菜单的ID为 IDM_DRAW
#include<math.h>

#define MAX_LOADSTRING 100

//程序配置：提供统一的绘图相关的设置和格子数量设置
typedef struct setting
{
    COLORREF activeColor;                        //存活状态的颜色
    COLORREF inactiveColor;                        //死亡状态的颜色
    COLORREF backgroundColor;                    //背景颜色，实际上用于绘制网格线
    int lineWidth;                                //网格线宽度，单位：像素

    int countX;                                    //横向格子数量，即列数
    int countY;                                    //纵向格子数量，即行数

    int a;                                        //正方形格子边长，单位：像素
}SETTING;

// 全局变量，VC自动生成:
HINSTANCE hInst;                                // 当前实例
WCHAR szTitle[MAX_LOADSTRING];                  // 标题栏文本
WCHAR szWindowClass[MAX_LOADSTRING];            // 主窗口类名
//全局变量
SETTING setting;                                //全局设置结构体对象
bool **ground=NULL;                                //保存当前格子信息的二维数组指针

// 此代码模块中包含的函数的前向声明，VC自动生成:
ATOM                MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
BOOL                InitInstance(HINSTANCE, int);
LRESULT CALLBACK    WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
INT_PTR CALLBACK    About(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
// 此代码模块中包含的函数的前向声明
void draw(HWND);                                //开始
void updateGround(HWND);                        //更新

//VC自动生成入口
int APIENTRY wWinMain(_In_ HINSTANCE hInstance,
                     _In_opt_ HINSTANCE hPrevInstance,
                     _In_ LPWSTR    lpCmdLine,
                     _In_ int       nCmdShow)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);

    // TODO: 在此放置代码。

    // 初始化全局字符串
    LoadStringW(hInstance, IDS_APP_TITLE, szTitle, MAX_LOADSTRING);
    LoadStringW(hInstance, IDC_LIFECOMPUTE2, szWindowClass, MAX_LOADSTRING);
    MyRegisterClass(hInstance);

    // 执行应用程序初始化:
    if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))
    {
        return FALSE;
    }

    HACCEL hAccelTable = LoadAccelerators(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDC_LIFECOMPUTE2));

    MSG msg;

    // 主消息循环:
    while (GetMessage(&msg, nullptr, , ))
    {
        if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg))
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }
    }

    return (int) msg.wParam;
}

//
//  函数: MyRegisterClass()
//
//  目的: 注册窗口类。
//
ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
{
    WNDCLASSEXW wcex;

    wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);

    wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    wcex.lpfnWndProc    = WndProc;
    wcex.cbClsExtra     = ;
    wcex.cbWndExtra     = ;
    wcex.hInstance      = hInstance;
    wcex.hIcon          = LoadIcon(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDI_LIFECOMPUTE2));
    wcex.hCursor        = LoadCursor(nullptr, IDC_ARROW);
    wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+);
    wcex.lpszMenuName   = MAKEINTRESOURCEW(IDC_LIFECOMPUTE2);
    wcex.lpszClassName  = szWindowClass;
    wcex.hIconSm        = LoadIcon(wcex.hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDI_SMALL));

    return RegisterClassExW(&wcex);
}

//
//   函数: InitInstance(HINSTANCE, int)
//
//   目的: 保存实例句柄并创建主窗口
//
//   注释:
//
//        在此函数中，我们在全局变量中保存实例句柄并
//        创建和显示主程序窗口。
//
BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
{
   hInst = hInstance; // 将实例句柄存储在全局变量中

   HWND hWnd = CreateWindowW(szWindowClass, szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW,
      CW_USEDEFAULT, , CW_USEDEFAULT, , nullptr, nullptr, hInstance, nullptr);

   if (!hWnd)
   {
      return FALSE;
   }

   ShowWindow(hWnd, nCmdShow);
   UpdateWindow(hWnd);

   return TRUE;
}

//
//  函数: WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM)
//
//  目的:    处理主窗口的消息。
//
//  WM_COMMAND  - 处理应用程序菜单
//  WM_PAINT    - 绘制主窗口
//  WM_DESTROY  - 发送退出消息并返回
//
//
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (message)
    {
    case WM_COMMAND:
        {
            int wmId = LOWORD(wParam);
            // 分析菜单选择:
            switch (wmId)
            {
            case IDM_ABOUT:
                DialogBox(hInst, MAKEINTRESOURCE(IDD_ABOUTBOX), hWnd, About);
                break;
            case IDM_EXIT:
                DestroyWindow(hWnd);
                break;
            case IDM_DRAW:                                //点击了draw菜单，开始运算并绘制
                draw(hWnd);
                break;
            default:
                return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
            }
        }
        break;
    case WM_PAINT:
        {
            PAINTSTRUCT ps;
            HDC hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
            // TODO: 在此处添加使用 hdc 的任何绘图代码...
            EndPaint(hWnd, &ps);
        }
        break;
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage();
        break;
    case WM_TIMER:
        updateGround(hWnd);
        break;
    default:
        return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
    }
    return ;
}

// “关于”框的消息处理程序。
INT_PTR CALLBACK About(HWND hDlg, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(lParam);
    switch (message)
    {
    case WM_INITDIALOG:
        return (INT_PTR)TRUE;

    case WM_COMMAND:
        if (LOWORD(wParam) == IDOK || LOWORD(wParam) == IDCANCEL)
        {
            EndDialog(hDlg, LOWORD(wParam));
            return (INT_PTR)TRUE;
        }
        break;
    }
    return (INT_PTR)FALSE;
}

void drawBackgroundBlocks(HWND win) {
    HDC dc=GetDC(win);
    HPEN pen=CreatePen(PS_SOLID, setting.lineWidth, setting.backgroundColor);
    SelectObject(dc, pen);
    for (int i = ; i <= setting.countX+; i++) {
        MoveToEx(dc,(i-)*(setting.a+setting.lineWidth)+setting.lineWidth/ ,, NULL);
        LineTo(dc, (i - )*(setting.a + setting.lineWidth) + setting.lineWidth / , setting.countY*(setting.a + setting.lineWidth));
    }

    for (int i = ; i <= setting.countY + ; i++) {
        MoveToEx(dc,  , (i - )*(setting.a + setting.lineWidth) + setting.lineWidth / , NULL);
        LineTo(dc, setting.countX*(setting.a + setting.lineWidth), (i - )*(setting.a + setting.lineWidth) + setting.lineWidth / );
    }

    DeleteObject( pen);
}

//初始化设置。注意：格子数量过多可能导致系统资源占用较高
void initSetting() {
    setting.activeColor = RGB(, , );
    setting.inactiveColor = RGB(, , );
    setting.backgroundColor = RGB(,,);
    setting.lineWidth = ;

    setting.countX = ;
    setting.countY = ;

    setting.a = ;
}

//初始化格子，分配内存空间
void initGround() {
    ground = new bool*[setting.countX];
    for (int i = ; i <= setting.countX; i++) {
        ground[i-] = new bool[setting.countY];
        for (int j = ; j <= setting.countY; j++) {
            ground[i-][j-] = false;
        }
    }
}

//释放动态分配的二维数组空间
void cleanGround() {
    for (int i = ; i < setting.countX; i++)
    {
        delete []ground[i];
    }
    delete []ground;
}

//设置第一轮的生存状况
void setBorn() {
    if (ground == NULL) {
        return;
    }

    const int n = ;                                                    //控制随机生成的信息的数量
    int range = ;                                                        //初始信息的范围

    int x[n];                                                            //随机点的横坐标
    int y[n];                                                            //随机点的纵坐标

    for (int i = ; i < n; i++)
    {
        x[i] = rand() % range + setting.countX/-range/;                //生成随机点
        y[i]= rand() % range + setting.countY/-range/;
        ground[x[i]][y[i]] = true;                                        //将这些随机点设置为活的
    }
}

//绘制坐标为x,y的方形
void drawOneRect(HDC dc,int x,int y,bool active) {
    HPEN pen;
    HBRUSH brush;
    if (active) {
         pen = CreatePen(PS_SOLID, , setting.activeColor);
         brush = CreateSolidBrush(setting.activeColor);
    }
    else {
         pen = CreatePen(PS_SOLID, , setting.inactiveColor);
         brush = CreateSolidBrush(setting.inactiveColor);
    }

    SelectObject(dc, pen);
    SelectObject(dc, brush);

    int left = (x-) * setting.a + x * setting.lineWidth;
    int top = (y-) * setting.a + y * setting.lineWidth;
    int right = left + setting.a;
    int bottom = top + setting.a;

    Rectangle(dc, left, top, right, bottom);

    DeleteObject(brush);
    DeleteObject(pen);
}

//将二维数组中的生存状况数据绘制到客户区
void drawGroundStatus(HWND win) {
    HDC dc=GetDC(win);
    HDC memDC = CreateCompatibleDC(dc);
    RECT rect;
    rect.top = ;
    rect.left = ;
    rect.right = setting.a*setting.countX + setting.lineWidth*(setting.countX + );
    rect.bottom = setting.a*setting.countY + setting.lineWidth*(setting.countY + );

    HBITMAP map = CreateCompatibleBitmap(dc,rect.right,rect.bottom);
    HBITMAP oldMap=(HBITMAP) SelectObject(memDC, map);

    for (int i = ; i <= setting.countX; i++)
    {
        for (int j = ; j <= setting.countY; j++) {
            drawOneRect(memDC, i, j, ground[i - ][j - ]);
        }
    }

    BitBlt(dc, rect.left, rect.top, rect.right, rect.bottom, memDC, rect.left, rect.top, SRCCOPY);

    SelectObject(memDC, oldMap);

    DeleteObject(map);

    ReleaseDC(win, memDC);
    ReleaseDC(win, dc);
}

//计算坐标为x,y的格子周围的活的格子数量
//如果该格子靠近边缘，则周围格子数量少于8个
int countAround(int xa,int ya) {
    //1~30

    int x = xa - ;
    int y = ya - ;
    int count = ;
    ////////////////////////////
    if (x -  >  && y -  > ) {                        //左上
        if (ground[x - ][y - ]) {
            count++;
        }
    }

    if ( y -  > ) {                                    //上
        if (ground[x][y - ]) {
            count++;
        }
    }

    if (x +  <setting.countX && y -  > ) {            //右上
        if (ground[x + ][y - ]) {
            count++;
        }
    }
    //////////////////////////
    if (x -  > ) {                                    //左边
        if (ground[x - ][y ]) {
            count++;
        }
    }
    if (x + <setting.countX ) {                        //右边
        if (ground[x + ][y ]) {
            count++;
        }
    }
    //////////////////////////
    if (x -  >  && y +  <setting.countY) {            //左下
        if (ground[x - ][y + ]) {
            count++;
        }
    }
    if (y+<setting.countY ) {                            //下方
        if (ground[x][y+ ]) {
            count++;
        }
    }
    if (x +  <setting.countX && y + <setting.countY) {        //右下
        if (ground[x + ][y+ ]) {
            count++;
        }
    }

    return count;
}

//判断坐标为x,y的格子下一轮的生存状态
bool sentence(int x, int y) {
    int count = countAround( x, y);
    if (ground[x - ][y - ]) {                                    //如果当前是活的
        if (count ==  || count == ) {                            //周围有2或3个活的
            return true;                                        //下一轮继续活着
        }
        else {                                                    //周围活着的数量不是2或3
            return false;                                        //下一轮死亡
        }
    }
    else {                                                        //如果当前是死的
        if (count == ) {                                        //周围或者的数目是3
            return true;                                        //下一轮是活的
        }
        else {                                                    //周围或者的数目不是3
            return false;                                        //下一轮死亡
        }
    }

}

//更新一轮生存数据
void getNextGen() {
    bool **ret;                                                    //新一轮的数据位置
    ret = new bool*[setting.countX];

    for (int i = ; i < setting.countX; i++) {                    //分配空间
        ret[i] = new bool[setting.countY];
        for (int j = ; j < setting.countY; j++) {
            ret[i][j] = sentence(i + , j + );                    //根据当前状况填入下一轮每个格子的状况
        }
    }
    cleanGround();                                                //清理旧的内存空间
    ground = ret;                                                //将新的数据交给指针
}

//控制更新数据和绘图
void updateGround(HWND win) {
    drawBackgroundBlocks(win);                        //绘制格子
    drawGroundStatus(win);                            //绘制生存状态
    getNextGen();                                    //更新数据
}

//控制运算与绘图
void draw(HWND win) {
    initSetting();                                    //初始化设置
    drawBackgroundBlocks(win);                        //绘制背景网格
    initGround();                                    //初始化网格数据
    setBorn();                                        //设置第一轮生存状况
    drawGroundStatus(win);                            //绘制生存状况

    SetTimer(win, ID_TIMER, , NULL);                //使用计时器消息触发更新迭代

}