用lua语言实现康威生命游戏

康威生命游戏¹

这个游戏简单讲就是一个自动机，每个格子的细胞状态取决于周围八个格子的细胞

• 当细胞存活时
  1. 周围活细胞少于两个，会因孤独而死
  2. 周围活细胞多于三个，会因竞争而死
  3. 周围活细胞为二或三个时，则继续存活
• 当细胞死亡时
  1. 周围有三个活细胞，则复活（繁殖）

实现

env
OS: openSUSE Tumbleweed on Windows 10 x86_64
Kernel: 5.15.90.1-microsoft-standard-wsl2
Lua: Lua 5.4.6
Lua: LuaRocks 3.9.1

初始化棋盘和细胞

-- 定义细胞状态
local ALIVE = "⚫️"
local DEAD = " "

-- 创建游戏盘面
local width = 40
local height = 40
local board = {} -- 存储细胞(二维数组)

-- 初始化盘面
for i = 1, width do
  board[i] = {}
  for j = 1, height do
    local r = math.random(1,10)
    board[i][j] = ALIVE
    if r<=7 then
      board[i][j] = DEAD
    end
  end
end
......

在这我们使用二维数组存储每个细胞的状态，并且其中七成是死细胞

显示盘面

......
local function displayBoard()
  for i = 1, width do
    for j = 1, height do
      io.write(board[i][j])
    end
    io.write("\n")
  end
end
......

其实就是遍历所有细胞并且打印

统计周围细胞状态

......
function countAliveNeighbors(x, y)
  local count = 0

  -- 相邻格子的相对位置
  local neighbors = {
    {x - 1, y - 1}, {x, y - 1}, {x + 1, y - 1},
    {x - 1, y},                 {x + 1, y},
    {x - 1, y + 1}, {x, y + 1}, {x + 1, y + 1}
  }

  for _, neighbor in ipairs(neighbors) do
    local nx, ny = table.unpack(neighbor)
    -- 判断相邻格子是否在边界内且为活细胞
    if nx >= 1 and nx <= width and ny >= 1 and ny <= height and board[nx][ny] == ALIVE then
      count = count + 1
    end
  end

  return count
end
......

这个函数中ipairs(table)将索引和可迭代对象绑定，即(1, table[1]), (2, table[2]), ... table.unpack()函数在 lua51 版本之前没有封装到 table 里，可以直接调用

更新盘面

......
local function updateBoard()
  local newBoard = {} -- 存储更新后细胞状态

  for i = 1, width do
    newBoard[i] = {}
    for j = 1, height do
      local aliveNeighbors = countAliveNeighbors(i, j)
      if board[i][j] == ALIVE then
        -- 活细胞周围活细胞数量不符合生存规则，则细胞死亡
        if aliveNeighbors < 2 or aliveNeighbors > 3 then
          newBoard[i][j] = DEAD
        else
          newBoard[i][j] = ALIVE
        end
      else
        -- 死细胞周围有3个活细胞，则细胞复活
        if aliveNeighbors == 3 then
          newBoard[i][j] = ALIVE
        else
          newBoard[i][j] = DEAD
        end
      end
    end
  end

  -- 更新盘面
  board = newBoard
end
......

主循环

......
while true do
  io.write("\27[2J\27[1;1H") -- 清空控制台输出
  displayBoard()
  updateBoard()
  os.execute("sleep 1") -- 控制刷新速度
end

把以上内容拼到一起就可以得到一个能运行的生命游戏了

但是它真的只能运行而不能停下来

因为 lua 语言自身，它常常是嵌入在别的语言中，默认并不监听系统信号。

因此，我们要手动创建POSIX信号事件。

这里我们使用第三方的luaposix 可以用lua包管理工具luarocks安装

luarocks install luaposix

......
--引入POSIX模块
local posix = require("posix")

--退出标志
local exitKeyPressed =  false

--信号处理回调函数
local function signalHandler(signal)
  if signal == posix.SIGINT or signal == posix.SIGTERM then
    exitKeyPressed = true
  end
end

--注册信号处理函数
posix.signal(posix.SIGINT, signalHandler)
posix.signal(posix.SIGTERM, signalHandler)
......

并且修改主循环入口判断条件

......
while not exitKeyPressed do
  io.write("\27[2J\27[1;1H") -- 清空控制台输出
  displayBoard()
  updateBoard()
  posix.sleep(1) -- 使用posix控制速度，并监听信号
end

这样我们就可以使用ctrl-c退出游戏了

ENDING

生生不息

1. 康威生命游戏 ↩︎