C语言——海龟作图（对之前所有内容复习）

一.问题描述

海龟作图

设想有一只机械海龟，他在C程序控制下在屋里四处爬行。海龟拿了一只笔，这支笔或者朝上，或者朝下。当笔朝下时，海龟用笔画下自己的移动轨迹；当笔朝上时，海龟在移动过程中什么也不画。

使用一个50*50的数组floor，用于记录海龟绘制的图形，数组元素初始化为0。在海龟爬行过程中，如果笔朝下，就把数组floor中对应于海龟所处位置的元素置为1。当给出命令6（打印命令）后，数组中元素为1的位置全部用星号显示，元素为0的位置全部用空格显示。

海龟会从一个装有命令的数组中读取各种命令。

假定海龟总是从地板上（0,0）出发，并且开始时笔是朝上的。

首先我们逐个分析：

二.问题解决

1. 头文件与宏定义

#include <stdio.h>// 定义命令数组大小和图形数组大小
#define COMMANDSIZE 100
#define PICSIZE 50

#include <stdio.h>：引入标准输入输出库，用于实现基本的输入输出功能，如printf和scanf函数。
COMMANDSIZE：定义了存储用户输入命令的数组的大小，用于限制可接收的命令数量。
PICSIZE：确定了用于记录海龟绘制图形的二维数组的行数和列数，这里设定为 50 * 50 的矩阵。

2. 函数声明

void getCommand(int commands[], int size);
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols);
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols);

这三个函数分别负责获取用户输入的命令、根据命令控制海龟作图以及将绘制的图形以可视化形式打印出来。
函数声明告诉编译器这些函数的存在及其参数类型和返回值类型，使得在main函数中调用这些函数时编译器能够识别。

3. `main`函数

int main(void) {int commands[COMMANDSIZE];  // 存储命令int floor[PICSIZE][PICSIZE] = { 0 };  // 存储图片getCommand(commands, COMMANDSIZE);  // 获取命令draw(commands, COMMANDSIZE, floor, PICSIZE, PICSIZE);  // 作图return 0;
}

在main函数中，首先定义了两个数组：
- commands数组用于存储用户输入的命令，其大小由COMMANDSIZE决定。
- floor二维数组用于记录海龟绘制的图形，初始化为全 0，表示初始时没有绘制任何内容。
然后依次调用getCommand函数获取用户输入的命令，将commands数组和其大小作为参数传递进去。
接着调用draw函数，传递commands数组、其大小、floor数组以及floor数组的行数和列数作为参数，根据输入的命令控制海龟在floor数组上 “作画”。

4. `getCommand`函数

void getCommand(int commands[], int size) {int i;i = 0;printf("input the commands\n");scanf("%d", &commands[i]);while (commands[i]!= 9) {if (commands[i] == 5) {  // 继续读取前进的格数printf("input steps: ");i++;scanf("%d", &commands[i]);}i++;scanf("%d", &commands[i]);}
}

这个函数用于获取用户输入的命令序列。
首先初始化索引变量i为 0，然后提示用户输入命令。
使用scanf函数读取用户输入的第一个命令，并存储到commands数组中。
进入while循环，只要当前命令不是结束标记 9，就继续读取命令。
- 如果读取到的命令是 5，表示海龟要向前移动，此时需要额外读取一个表示移动格数的整数，并将其存储到commands数组的下一个位置（i自增后存储）。
- 无论何种命令，每次读取完命令后i都会自增，准备读取下一个命令。

5. `draw`函数

void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols) {int write = 0;  // 笔的朝向，0表示朝上，1表示朝下int row = 0, col = 0;  // 海龟当前位置int dir = 0;  // 海龟的朝向，0表示北，1表示东，2表示南，3表示西for (int i = 0; i < size && commands[i]!= 9; i++) {switch (commands[i]) {case 1:write = 0;break;case 2:write = 1;break;case 3:  // 右转dir = (dir + 1) % 4;break;case 4:  // 左转dir = (dir + 3) % 4;break;case 5: {  // 画图int steps = commands[++i];  // 获取前进格数for (int j = 0; j < steps; j++) {if (write == 1) {  // 如果笔朝下，则画图floor[row][col] = 1;}// 根据海龟朝向更新位置switch (dir) {case 0:  // 向北if (row > 0) {row--;}break;case 1:  // 向东if (col < cols - 1) {col++;}break;case 2:  // 向南if (row < rows - 1) {row++;}break;case 3:  // 向西if (col > 0) {col--;}break;}}break;}case 6:printArray(floor, rows, cols);break;}}
}

此函数是海龟作图的核心逻辑部分。
定义了三个变量来记录海龟的状态：
- write表示笔的朝向，初始化为 0（朝上）。
- row和col表示海龟当前在floor数组中的位置，初始化为 (0, 0)。
- dir表示海龟的朝向，初始化为 0（向北）。
使用for循环遍历commands数组中的命令，直到遇到结束标记 9 或超出数组范围。
- 根据不同的命令，通过switch语句进行相应的操作：
  - 命令 1：将write设置为 0，使笔朝上。
  - 命令 2：将write设置为 1，使笔朝下，准备绘制轨迹。
  - 命令 3：使海龟右转，通过将dir加 1 并对 4 取模来更新朝向（实现循环转向）。
  - 命令 4：使海龟左转，通过将dir加 3 并对 4 取模来更新朝向（实现循环转向）。
  - 命令 5：首先获取前进格数steps，然后在一个内层循环中，根据笔的朝向和海龟的当前位置，在floor数组中记录轨迹（如果笔朝下），并根据海龟的朝向更新其位置。
  - 命令 6：调用printArray函数打印当前floor数组中的图形。

6. `printArray`函数

void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols) {int row, col;printf("the array is:\n");for (row = 0; row <= rows - 1; row++) {for (col = 0; col <= cols - 1; col++) {if (a[row][col]!= 0) {printf("*");}else {printf(" ");}}printf("\n");}
}

该函数用于将floor数组中的图形以可视化形式打印出来。
使用两层嵌套的for循环遍历floor数组的每一个元素。
如果元素的值不为 0，表示海龟在该位置绘制过，打印星号 “*”；否则打印空格 “ ”。
每行遍历完后打印换行符，以形成正确的图形输出格式。

三.完整代码如下所示

#include <stdio.h>// 定义命令数组大小和图形数组大小
#define COMMANDSIZE 100
#define PICSIZE 50// 函数声明
void getCommand(int commands[], int size);
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols);
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols);int main(void) {int commands[COMMANDSIZE];  // 存储命令int floor[PICSIZE][PICSIZE] = { 0 };  // 存储图片getCommand(commands, COMMANDSIZE);  // 获取命令draw(commands, COMMANDSIZE, floor, PICSIZE, PICSIZE);  // 作图return 0;
}// 获取命令函数
void getCommand(int commands[], int size) {int i;i = 0;printf("input the commands\n");scanf("%d", &commands[i]);while (commands[i]!= 9) {if (commands[i] == 5) {  // 继续读取前进的格数printf("input steps: ");i++;scanf("%d", &commands[i]);}i++;scanf("%d", &commands[i]);}
}// 作图函数
void draw(int commands[], int size, int floor[][PICSIZE], int rows, int cols) {int write = 0;  // 笔的朝向，0表示朝上，1表示朝下int row = 0, col = 0;  // 海龟当前位置int dir = 0;  // 海龟的朝向，0表示北，1表示东，2表示南，3表示西for (int i = 0; i < size && commands[i]!= 9; i++) {switch (commands[i]) {case 1:write = 0;break;case 2:write = 1;break;case 3:  // 右转dir = (dir + 1) % 4;break;case 4:  // 左转dir = (dir + 3) % 4;break;case 5: {  // 画图int steps = commands[++i];  // 获取前进格数for (int j = 0; j < steps; j++) {if (write == 1) {  // 如果笔朝下，则画图floor[row][col] = 1;}// 根据海龟朝向更新位置switch (dir) {case 0:  // 向北if (row > 0) {row--;}break;case 1:  // 向东if (col < cols - 1) {col++;}break;case 2:  // 向南if (row < rows - 1) {row++;}break;case 3:  // 向西if (col > 0) {col--;}break;}}break;}case 6:printArray(floor, rows, cols);break;}}
}// 打印图形函数
void printArray(int a[][PICSIZE], int rows, int cols) {int row, col;printf("the array is:\n");for (row = 0; row <= rows - 1; row++) {for (col = 0; col <= cols - 1; col++) {if (a[row][col]!= 0) {printf("*");}else {printf(" ");}}printf("\n");}
}

接下来我们尝试绘制想要的图形。

比如我们要绘制12*12的矩形我们只需要这样：

运行结果如下：

三角形套三角形（类似谢尔宾斯基三角形的简单形式）

初始状态：笔朝上，海龟在原点 (0, 0)。
输入命令：
- 2（笔朝下，开始绘制）
- 5 12（向前移动 12 格，绘制大三角形的一条边）
- 4（左转）
- 5 6（向前移动 6 格，准备绘制内部小三角形的边）
- 3（右转）
- 5 6（向前移动 6 格，绘制内部小三角形的一条边）
- 4（左转）
- 5 3（向前移动 3 格，准备绘制更小三角形的边）
- 3（右转）
- 5 3（向前移动 3 格，绘制更小三角形的一条边）
- 4（左转）
- 5 1.5（向前移动 1.5 格，可根据实际精度调整，准备绘制最内部三角形的边）
- 3（右转）
- 5 1.5（向前移动 1.5 格，绘制最内部三角形的一条边）
- 1（笔朝上，停止绘制）
- 6（打印图形）
- 9（结束命令输入）
图形效果：绘制出一个大三角形，内部嵌套两个逐渐变小的三角形。
运行结果

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