1. 引言

介于身边有特别多没有学习过编程，或者有一定C语言、python或是Java基础的但是没有接触过C++的新手朋友，我想可以通过一个很简单的小项目作为挑战，帮助大家入门C++。

今天，我们将挑战一个对新手来说稍微复杂一点，但非常适合新手的经典小游戏——**井字棋 **！通过这个项目，你将学习到 C++ 中更重要的概念，让你的编程能力再上一个台阶！

这个项目将带你：

  • 深入理解函数： 如何定义、调用函数，以及参数传递（包括引用传递）。
  • 掌握二维数据结构： 使用 std::vector 来模拟棋盘。
  • 设计更复杂的程序逻辑： 判断输赢、平局等游戏状态。
  • 提升代码组织能力： 将不同功能封装到独立的函数中。

如何学习
在编写的过程中可能会遇到之前没有接触过的知识点，这时候不要只是跟着案例敲，一个优秀的程序员应该理解自己所写的代码，而不是一味地对着抄，或是复制粘贴。对于不懂的代码：

  • 使用AI工具（例如deepseek）解读
  • 查阅相关手册或博客文章

准备好了吗？让我们开始这场新的编程冒险吧！

2. 项目概览：井字棋游戏

游戏规则：

  1. 井字棋在 3x3 的棋盘上进行。
  2. 两名玩家轮流落子，一个用 ‘X’，一个用 ‘O’。
  3. 玩家选择一个空位进行落子（通常通过输入行和列的数字）。
  4. 第一个在横线、竖线或对角线上连成三个自己的棋子的玩家获胜。
  5. 如果棋盘填满，但没有人获胜，则游戏平局。

游戏界面示例（命令行）：

 1 | 2 | 3
---+---+---4 | 5 | 6
---+---+---7 | 8 | 9玩家 X 的回合。请输入你的选择 (1-9):

3. 环境准备

你需要：

  1. 一个 C++ 编译器： GCC (MinGW)、MSVC (Visual Studio)、Clang 等。（如果不知道什么是编译器记得先简单了解一下）
  2. 一个代码编辑器或 IDE： VS Code、Visual Studio、CLion 等。（推荐：Visual Studio）

VisualStudio2022使用教程与安装
确保你的环境能够编译和运行 C++ 程序。

4. 逐步实现：井字棋游戏

我们将把游戏的不同功能拆分成独立的函数，这样代码会更清晰、更容易维护。

4.1 核心数据结构：棋盘

井字棋棋盘是一个 3x3 的网格。在 C++ 中，我们可以使用二维 std::vector 来表示它。std::vector 是 C++ 标准库提供的动态数组，比 C 风格数组更安全、更灵活。

#include <iostream> // 用于输入输出
#include <vector>   // 用于 std::vector
#include <limits>   // 用于 std::numeric_limits (处理输入错误)// 为了方便，我们在这里使用整个 std 命名空间
using namespace std;// 定义棋盘
// vector<vector<char>> 表示一个二维字符向量
// 初始时，每个格子都用 ' ' (空格) 表示空位
vector<vector<char>> board = {{' ', ' ', ' '},{' ', ' ', ' '},{' ', ' ', ' '}
};// 当前玩家 ('X' 或 'O')
char currentPlayer = 'X';// 游戏是否结束
bool gameOver = false;int main() {// 游戏主逻辑将在这里实现return 0;
}
4.2 函数一：显示棋盘 displayBoard()

这个函数负责将当前的棋盘状态打印到控制台，让玩家看到。

// 函数：显示棋盘
void displayBoard() {system("cls"); // Windows 清屏命令，Linux/macOS 可以用 system("clear");// 或者注释掉，不清屏也行cout << "--- 井字棋 ---" << endl;cout << "-------------" << endl;for (int i = 0; i < 3; ++i) {for (int j = 0; j < 3; ++j) {cout << " " << board[i][j]; // 打印棋子if (j < 2) {cout << " |"; // 打印列分隔符}}cout << endl;if (i < 2) {cout << "---+---+---" << endl; // 打印行分隔符}}cout << "-------------" << endl;
}
4.3 函数二：玩家落子 playerMove()

这个函数负责接收玩家的输入，并更新棋盘。它需要处理用户输入、检查输入是否合法（是否在范围内、是否为空位）。

// 函数：玩家落子
// 参数 board 用引用传递 (&)，这样函数内部对 board 的修改会直接反映到外部的 board 变量
void playerMove(vector<vector<char>>& currentBoard, char player) {int choice;int row, col;while (true) {cout << "玩家 " << player << " 的回合。请输入你的选择 (1-9): ";cin >> choice;// 检查输入是否为数字，以及是否在有效范围内if (cin.fail() || choice < 1 || choice > 9) {cout << "无效输入！请输入 1 到 9 之间的数字。" << endl;cin.clear(); // 清除错误标志// 忽略输入缓冲区中剩余的字符，直到换行符cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');continue; // 继续循环，要求重新输入}// 将 1-9 的选择转换为二维数组的行和列row = (choice - 1) / 3;col = (choice - 1) % 3;// 检查选择的格子是否为空if (currentBoard[row][col] == ' ') {currentBoard[row][col] = player; // 落子break; // 输入合法，跳出循环} else {cout << "这个位置已经被占用了！请选择其他位置。" << endl;}}
}

新知识点：

  • 引用传递 (&)： playerMove(vector<vector<char>>& currentBoard, char player) 中的 & 符号表示 currentBoard 是一个引用。这意味着函数内部对 currentBoard 的修改，会直接影响到 main 函数中传入的 board 变量，而不是它的一个副本。这对于需要修改外部变量的函数非常有用。
  • cin.fail() 和 cin.clear()： 用于处理非数字输入错误。cin.fail() 检查输入流是否处于错误状态，cin.clear() 清除错误标志，cin.ignore() 丢弃错误输入。
  • numeric_limits<streamsize>::max()： 表示流的最大尺寸，配合 cin.ignore 丢弃所有剩余输入。
4.4 函数三：检查胜利 checkWin()

这个函数判断当前棋盘上是否有玩家获胜。

// 函数：检查是否有玩家获胜
// 参数 currentBoard 用常量引用传递 (const &)，表示函数只读取 board 的内容，不修改它
bool checkWin(const vector<vector<char>>& currentBoard, char player) {// 检查行for (int i = 0; i < 3; ++i) {if (currentBoard[i][0] == player && currentBoard[i][1] == player && currentBoard[i][2] == player) {return true;}}// 检查列for (int j = 0; j < 3; ++j) {if (currentBoard[0][j] == player && currentBoard[1][j] == player && currentBoard[2][j] == player) {return true;}}// 检查主对角线if (currentBoard[0][0] == player && currentBoard[1][1] == player && currentBoard[2][2] == player) {return true;}// 检查副对角线if (currentBoard[0][2] == player && currentBoard[1][1] == player && currentBoard[2][0] == player) {return true;}return false; // 没有获胜
}

新知识点：

  • 常量引用 (const &)： checkWin(const vector<vector<char>>& currentBoard, char player) 中的 const & 表示 currentBoard 是一个引用，但函数内部不能修改 currentBoard 的内容。这是一种很好的编程习惯，既避免了不必要的拷贝，又保证了数据的安全性。
  • bool 返回值： 函数返回 true 或 false，表示是否获胜。
4.5 函数四：检查平局 checkDraw()

这个函数判断棋盘是否已满，且没有玩家获胜。

// 函数：检查是否平局
bool checkDraw(const vector<vector<char>>& currentBoard) {for (int i = 0; i < 3; ++i) {for (int j = 0; j < 3; ++j) {if (currentBoard[i][j] == ' ') {return false; // 还有空位，不是平局}}}return true; // 没有空位，是平局
}
4.6 游戏主逻辑 main()

现在，我们将所有函数组合起来，构建游戏的主循环。

int main() {cout << "-----------------------------------" << endl;cout << "         欢迎来到井字棋！        " << endl;cout << "-----------------------------------" << endl;// 游戏主循环while (!gameOver) {displayBoard(); // 显示棋盘// 玩家落子playerMove(board, currentPlayer);// 检查胜利if (checkWin(board, currentPlayer)) {displayBoard(); // 胜利后再次显示最终棋盘cout << "恭喜玩家 " << currentPlayer << " 获胜！" << endl;gameOver = true; // 游戏结束}// 检查平局（只有在没有胜利者的情况下才检查平局）else if (checkDraw(board)) {displayBoard(); // 平局后显示最终棋盘cout << "游戏平局！" << endl;gameOver = true; // 游戏结束}// 切换玩家else {currentPlayer = (currentPlayer == 'X') ? 'O' : 'X'; // 三元运算符：如果当前是X，则切换到O，否则切换到X}}cout << "游戏结束！感谢游玩！" << endl;return 0;
}

5. 完整代码

现在，将所有代码片段组合起来，你的 main.cpp 文件应该长这样：

#include <iostream> // 用于标准输入输出
#include <vector>   // 用于 std::vector
#include <limits>   // 用于 std::numeric_limits (处理输入错误)
#include <string>   // 用于 std::string (如果需要)
// #include <windows.h> // 如果使用 system("cls") 且在 Windows 环境下// 为了方便，我们在这里使用整个 std 命名空间
using namespace std;// 定义棋盘 (全局变量，简化示例)
vector<vector<char>> board = {{' ', ' ', ' '},{' ', ' ', ' '},{' ', ' ', ' '}
};// 当前玩家 ('X' 或 'O')
char currentPlayer = 'X';// 游戏是否结束
bool gameOver = false;// --- 函数声明 (良好的编程习惯，先声明再定义) ---
void displayBoard();
void playerMove(vector<vector<char>>& currentBoard, char player);
bool checkWin(const vector<vector<char>>& currentBoard, char player);
bool checkDraw(const vector<vector<char>>& currentBoard);// --- 函数定义 ---// 函数：显示棋盘
void displayBoard() {// Windows 清屏命令，Linux/macOS 可以用 system("clear");// 如果不想清屏，可以注释掉这行// system("cls"); cout << "\n--- 井字棋 ---" << endl;cout << "-------------" << endl;for (int i = 0; i < 3; ++i) {for (int j = 0; j < 3; ++j) {cout << " " << board[i][j]; // 打印棋子if (j < 2) {cout << " |"; // 打印列分隔符}}cout << endl;if (i < 2) {cout << "---+---+---" << endl; // 打印行分隔符}}cout << "-------------" << endl;
}// 函数：玩家落子
void playerMove(vector<vector<char>>& currentBoard, char player) {int choice;int row, col;while (true) {cout << "玩家 " << player << " 的回合。请输入你的选择 (1-9): ";cin >> choice;// 检查输入是否为数字，以及是否在有效范围内if (cin.fail() || choice < 1 || choice > 9) {cout << "无效输入！请输入 1 到 9 之间的数字。" << endl;cin.clear(); // 清除错误标志// 忽略输入缓冲区中剩余的字符，直到换行符cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');continue; // 继续循环，要求重新输入}// 将 1-9 的选择转换为二维数组的行和列// 1 -> (0,0), 2 -> (0,1), 3 -> (0,2)// 4 -> (1,0), 5 -> (1,1), 6 -> (1,2)// 7 -> (2,0), 8 -> (2,1), 9 -> (2,2)row = (choice - 1) / 3;col = (choice - 1) % 3;// 检查选择的格子是否为空if (currentBoard[row][col] == ' ') {currentBoard[row][col] = player; // 落子break; // 输入合法，跳出循环} else {cout << "这个位置已经被占用了！请选择其他位置。" << endl;}}
}// 函数：检查是否有玩家获胜
bool checkWin(const vector<vector<char>>& currentBoard, char player) {// 检查行for (int i = 0; i < 3; ++i) {if (currentBoard[i][0] == player && currentBoard[i][1] == player && currentBoard[i][2] == player) {return true;}}// 检查列for (int j = 0; j < 3; ++j) {if (currentBoard[0][j] == player && currentBoard[1][j] == player && currentBoard[2][j] == player) {return true;}}// 检查主对角线 (左上到右下)if (currentBoard[0][0] == player && currentBoard[1][1] == player && currentBoard[2][2] == player) {return true;}// 检查副对角线 (右上到左下)if (currentBoard[0][2] == player && currentBoard[1][1] == player && currentBoard[2][0] == player) {return true;}return false; // 没有获胜
}// 函数：检查是否平局
bool checkDraw(const vector<vector<char>>& currentBoard) {for (int i = 0; i < 3; ++i) {for (int j = 0; j < 3; ++j) {if (currentBoard[i][j] == ' ') {return false; // 还有空位，不是平局}}}return true; // 没有空位，是平局
}int main() {cout << "-----------------------------------" << endl;cout << "         欢迎来到井字棋！        " << endl;cout << "-----------------------------------" << endl;// 游戏主循环while (!gameOver) {displayBoard(); // 显示棋盘// 玩家落子playerMove(board, currentPlayer);// 检查胜利if (checkWin(board, currentPlayer)) {displayBoard(); // 胜利后再次显示最终棋盘cout << "恭喜玩家 " << currentPlayer << " 获胜！" << endl;gameOver = true; // 游戏结束}// 检查平局（只有在没有胜利者的情况下才检查平局）else if (checkDraw(board)) {displayBoard(); // 平局后显示最终棋盘cout << "游戏平局！" << endl;gameOver = true; // 游戏结束}// 切换玩家else {// 三元运算符：如果当前是X，则切换到O，否则切换到XcurrentPlayer = (currentPlayer == 'X') ? 'O' : 'X';}}cout << "游戏结束！感谢游玩！" << endl;return 0; // 程序正常退出
}

6. 编译和运行你的游戏

6.1 使用命令行编译 (以 GCC 为例)

  1. 打开你的命令行工具（Windows 下可以是 Git Bash、CMD、PowerShell，macOS/Linux 下是 Terminal）。

  2. 使用 cd 命令进入你存放 main.cpp 的文件夹。

    cd path/to/your/TicTacToeGame

  3. 编译 main.cpp：

    g++ main.cpp -o tictactoe
    • g++ 是 C++ 编译器的命令。
    • main.cpp 是你的源文件。
    • -o tictactoe 指定编译生成的可执行文件名为 tictactoe (Windows 下会自动添加 .exe 后缀)。

  4. 运行你的游戏：

    ./tictactoe  # Linux/macOS
tictactoe.exe # Windows
6.2 使用 IDE 编译和运行

如果你使用 Visual Studio、VS Code 或其他 IDE，通常可以直接点击“运行”或“构建并运行”按钮，IDE 会自动帮你完成编译和运行的步骤。

7. 运行效果示例

-----------------------------------欢迎来到井字棋！        
-------------------------------------- 井字棋 ---
-------------|   |  
---+---+---|   |  
---+---+---|   |  
-------------
玩家 X 的回合。请输入你的选择 (1-9): 5--- 井字棋 ---
-------------|   |  
---+---+---| X |  
---+---+---|   |  
-------------
玩家 O 的回合。请输入你的选择 (1-9): 1--- 井字棋 ---
-------------O |   |  
---+---+---| X |  
---+---+---|   |  
-------------
玩家 X 的回合。请输入你的选择 (1-9): 9--- 井字棋 ---
-------------O |   |  
---+---+---| X |  
---+---+---|   | X
-------------
玩家 O 的回合。请输入你的选择 (1-9): 2--- 井字棋 ---
-------------O | O |  
---+---+---| X |  
---+---+---|   | X
-------------
玩家 X 的回合。请输入你的选择 (1-9): 8--- 井字棋 ---
-------------O | O |  
---+---+---| X |  
---+---+---| X | X
-------------
玩家 O 的回合。请输入你的选择 (1-9): 3--- 井字棋 ---
-------------O | O | O
---+---+---| X |  
---+---+---| X | X
-------------
恭喜玩家 O 获胜！
游戏结束！感谢游玩！

8. 知识点回顾与进阶

通过这个井字棋项目，我们学习并实践了以下 C++ 核心概念：

  • std::vector： 使用 vector<vector<char>> 来表示二维棋盘，这是 C++ 中处理动态数组和多维数据的重要方式。
  • 函数（Function）： 将程序拆分成 displayBoard、playerMove、checkWin、checkDraw 等独立函数，提高了代码的模块化、可读性和可维护性。
  • 函数参数传递：
    • 值传递： 默认方式，传递参数的副本。
    • 引用传递 (&)： 允许函数修改外部变量（如 playerMove 修改 board），避免不必要的拷贝。
    • 常量引用 (const &)： 允许函数高效地读取外部变量，但不允许修改（如 checkWin、checkDraw 读取 board），兼顾效率和安全性。
  • bool 类型与逻辑判断： checkWin 和 checkDraw 函数返回 bool 值，用于控制游戏流程。
  • 健壮的输入处理： 使用 cin.fail()、cin.clear() 和 cin.ignore() 来处理非数字输入和输入缓冲区问题，使程序更稳定。
  • 三元运算符 (? :)： 简洁地实现玩家切换 currentPlayer = (currentPlayer == 'X') ? 'O' : 'X';。

进阶挑战：自己尝试完成

  1. 重置游戏： 在游戏结束后，询问玩家是否“再玩一次”，如果选择是，则重置棋盘和玩家状态。
  2. 人机对战 (AI)： 实现一个简单的电脑玩家。
    • 初级 AI： 随机选择一个空位落子。
    • 中级 AI： 优先选择能赢的位置，其次选择能阻止对手赢的位置。
  3. 统计分数： 记录玩家 X 和玩家 O 的胜场次数。
  4. 优化棋盘显示： 可以考虑用数字 1-9 来表示每个格子，方便玩家输入。
  5. 结构体/类封装： 将棋盘、当前玩家、游戏状态等数据封装到一个 Game 结构体或类中，进一步提升代码的面向对象特性。

9. 总结：C++ 进阶的里程碑！

恭喜你！你已经成功完成了你的第一个 C++ 进阶小游戏项目——井字棋！这标志着你对 C++ 的理解又深入了一步。

通过这个项目，你不仅掌握了 std::vector、函数的运用、引用传递等重要概念，更重要的是，你学会了如何将一个相对复杂的程序拆解成更小、更易于管理的部分，这是软件开发中非常重要的能力。

C++ 的学习是一个循序渐进的过程。多动手，多思考，多尝试，你就能不断突破，驾驭这门强大的语言，创造出更多精彩的作品！

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