Flutter随机迷宫生成和解迷宫小游戏功能的源码

此博客旨在帮助大家更好的了解图的遍历算法，通过Flutter移动端平台将图的遍历算法运用在迷宫生成和解迷宫上，让算法变成可视化且可以进行交互，最终做成一个可进行随机迷宫生成和解迷宫的APP小游戏。本人是应届毕业生，希望能与大家一起讨论和学习～

注：由于这是本人第一次写博客，难免排版或用词上有所欠缺，请大家多多包涵。
注：如需转载文章，请注明出处，谢谢。

一、项目介绍：

1.概述
项目名：方块迷宫
作者：沫小亮。
编程框架与语言：Flutter&Dart
开发环境：Android Studio 3.6.2
学习参考：慕课网-看得见的算法
项目完整源码地址：（待更新）
游戏截图：

2.迷宫生成原理
1.采用图的遍历进行迷宫生成，其本质就是生成一棵树，树中每个节点只能访问一次，且每个节点之间没有环路（迷宫的正确路径只有一条）。
2.初始化：设置起点和终点位置，并给所有行坐标为奇数且列坐标为奇数的位置设置为路。其余位置设置为墙。（坐标从0…开始算）

（如下图，蓝色位置为墙，橙色位置为路，橙色线条为可能即将打通的路，此图来源于慕课网-看得见的算法）

3.在遍历过程中，不断遍历每个位置，同时遍历过的位置设为已访问位置，结合迷宫生成算法（见迷宫特点第6点）让相邻某个墙变成路，使之路径联通。直至所有位置都遍历完成则迷宫生成结束（每个节点只能遍历一次）。

（如下图，蓝色位置为墙，橙色位置为路，橙色线条为可能即将打通的路，此图来源于慕课网-看得见的算法）

3.迷宫特点（可根据需求自行扩展）
1.迷宫只有一个起点、一个终点，且起点和终点的位置固定。
2.迷宫的正确路径只有一条。
3.迷宫的正确路径是连续的。
4.迷宫地图是正方形，且方块行数和列数都为奇数。
5.迷宫中每个方块占用一个单元格。
6.迷宫生成算法：图的深度优先遍历和广度优先遍历相结合 + 随机队列（入队和出队随机在队头或队尾）+ 随机方向遍历顺序（提高迷宫的随机性）。
7.迷宫自动求解算法：图的深度优先遍历（递归方法）。

4.玩法介绍（可根据需求自行扩展）
1.游戏共设置有10个关卡，到达终点可以进入下一关，随着关卡数的增加，迷宫地图大小（方块数）增加，但限定时间也会增加。
2.点击方向键可对玩家角色的位置进行控制。
2.每个关卡都有限定时间，超过限定时间仍未到达终点则闯关失败，可从本关继续挑战。
3.每个关卡都可以使用一次提示功能，可展示2秒的正确路径，便于小白玩家入门。
4. 颜色对应：
蓝灰色方块->墙（不可经过）
蓝色方块->玩家角色（可控制移动）
白色方块->路（可经过）
深橘色->终点（通关）
橙色->正确路径（提示功能）

二、项目源码（主要部分）：

pubspec.yaml //flutter配置清单

dependencies:
 flutter:
 sdk: flutter
 //toast库
 fluttertoast: ^3.1.3
 //Cupertino主题图标集
 cupertino_icons: ^0.1.2

maze_game_model.dart //迷宫游戏数据层

class MazeGameModel {
 int _rowSum; //迷宫行数
 int _columnSum; //迷宫列数
 int _startX, _startY; //迷宫入口坐标（[startX,startY]）
 int _endX, _endY; //迷宫出口坐标（[endX,endY]）
 static final int MAP_ROAD = 1; //1代表路
 static final int MAP_WALL = 0; //0代表墙
 List<List<int>> mazeMap; //迷宫地形（1代表路，0代表墙）
 List<List<bool>> visited; //是否已经访问过
 List<List<bool>> path; //是否是正确解的路径
 List<List<int>> direction = [
 [-1, 0],
 [0, 1],
 [1, 0],
 [0, -1]
 ]; //迷宫遍历的方向顺序（迷宫趋势）
 int spendStepSum = 0; //求解的总步数
 int successStepLength = 0; //正确路径长度
 int playerX, playerY; //当前玩家坐标

 MazeGameModel(int rowSum, int columnSum) {
 if (rowSum % 2 == 0 || columnSum % 2 == 0) {
 throw "model_this->迷宫行数和列数不能为偶数";
 }
 this._rowSum = rowSum;
 this._columnSum = columnSum;
 mazeMap = new List<List<int>>();
 visited = new List<List<bool>>();
 path = new List<List<bool>>();

 //初始化迷宫起点与终点坐标
 _startX = 1;
 _startY = 0;
 _endX = rowSum - 2;
 _endY = columnSum - 1;

 //初始化玩家坐标
 playerX = _startX;
 playerY = _startY;

 //初始化迷宫遍历的方向（上、左、右、下）顺序（迷宫趋势）
 //随机遍历顺序，提高迷宫生成的随机性（共12种可能性）
 for (int i = 0; i < direction.length; i++) {
 int random = Random().nextInt(direction.length);
 List<int> temp = direction[random];
 direction[random] = direction[i];
 direction[i] = temp;
 }

 //初始化迷宫地图
 for (int i = 0; i < rowSum; i++) {
 List<int> mazeMapList = new List();
 List<bool> visitedList = new List();
 List<bool> pathList = new List();

 for (int j = 0; j < columnSum; j++) {
 //行和列都为基数则设置为路，否则设置为墙
 if (i % 2 == 1 && j % 2 == 1) {
 mazeMapList.add(1); //设置为路
 } else {
 mazeMapList.add(0); //设置为墙
 }
 visitedList.add(false);
 pathList.add(false);
 }
 mazeMap.add(mazeMapList);
 visited.add(visitedList);
 path.add(pathList);
 }
 //初始化迷宫起点与终点位置
 mazeMap[_startX][_startY] = 1;
 mazeMap[_endX][_endY] = 1;
 }

 //返回迷宫行数
 int getRowSum() {
 return _rowSum;
 }

 //返回迷宫列数
 int getColumnSum() {
 return _columnSum;
 }

 //返回迷宫入口X坐标
 int getStartX() {
 return _startX;
 }

 //返回迷宫入口Y坐标
 int getStartY() {
 return _startY;
 }

 //返回迷宫出口X坐标
 int getEndX() {
 return _endX;
 }

 //返回迷宫出口Y坐标
 int getEndY() {
 return _endY;
 }

 //判断[i][j]是否在迷宫地图内
 bool isInArea(int i, int j) {
 return i >= 0 && i < _rowSum && j >= 0 && j < _columnSum;
 }
}

position.dart //位置类（实体类）
注：x对应二维数组中的行下标，y对应二维数组中的列下标(往后也是)

class Position extends LinkedListEntry<Position>{
 int _x, _y; //X对应二维数组中的行下标，y对应二维数组中的列下标
 Position _prePosition; //存储上一个位置
 
 Position(int x, int y, { Position prePosition = null } ) {
 this._x = x;
 this._y = y;
 this._prePosition = prePosition;
 }

 //返回X坐标（）
 int getX() {
 return _x;
 }

 //返回Y坐标（）
 int getY() {
 return _y;
 }

 //返回上一个位置
 Position getPrePosition() {
 return _prePosition;
 }
}

random_queue.dart //随机队列
入队：头部或尾部（各50%的概率）
出队：头部或尾部（各50%的概率）
底层数据结构：LinkedList

class RandomQueue {
 LinkedList<Position> _queue;

 RandomQueue(){
 _queue = new LinkedList();
 }

 //往随机队列里添加一个元素
 void addRandom(Position position) {
 if (Random().nextInt(100) < 50) {
 //从头部添加
 _queue.addFirst(position);
 }
 //从尾部添加 
 else {
 _queue.add(position);
 }
 }
 
 //返回随机队列中的一个元素
 Position removeRandom() {
 if (_queue.length == 0) {
 throw "数组元素为空";
 }
 if (Random().nextInt(100) < 50) {
 //从头部移除
 Position position = _queue.first;
 _queue.remove(position);
 return position;
 } else {
 //从尾部移除
 Position position = _queue.last;
 _queue.remove(position);
 return position;
 }
 }

 //返回随机队列元素数量
 int getSize() {
 return _queue.length;
 }

 //判断随机队列是否为空
 bool isEmpty() {
 return _queue.length == 0;
 }
}

main.dart //迷宫游戏视图层和控制层

1. APP全局设置

void main() => runApp(MyApp());

class MyApp extends StatelessWidget {
 @override
 Widget build(BuildContext context) {
 if (Platform.isAndroid) {
 // 以下两行 设置android状态栏为透明的沉浸。写在组件渲染之后，是为了在渲染后进行set赋值，覆盖状态栏，写在渲染之前MaterialApp组件会覆盖掉这个值。
 SystemUiOverlayStyle systemUiOverlayStyle = SystemUiOverlayStyle(statusBarColor: Colors.transparent);
 SystemChrome.setSystemUIOverlayStyle(systemUiOverlayStyle);
 }
 return MaterialApp(
 title: '方块迷宫', //应用名
 theme: ThemeData(
 primarySwatch: Colors.blue, //主题色
 ),
 debugShowCheckedModeBanner: false, //不显示debug标志
 home: MyHomePage(), //主页面
 );
 }
}

2.界面初始化

 class MyHomePage extends StatefulWidget {
 MyHomePage({Key key}) : super(key: key);

 @override
 _MyHomePageState createState() => _MyHomePageState();
}

class _MyHomePageState extends State<MyHomePage> {
 int gameWidth, gameHeight; //游戏地图宽度和高度
 double itemWidth, itemHeight; //每个小方块的宽度和高度
 int level = 1;  //当前关卡数（共10关）
 int rowSum = 15; //游戏地图行数
 int columnSum = 15; //游戏地图列数
 int surplusTime; //游戏剩余时间
 bool isTip = false; //是否使用提示功能
 Timer timer;  //计时器
 MazeGameModel _model; //迷宫游戏数据层

 //初始化状态
 @override
 void initState() {
 super.initState();
 _model = new MazeGameModel(rowSum, columnSum);

 //新建一个事件循环队列，确保不堵塞主线程
 new Future(() {
 //生成一个迷宫
 _doGenerator(_model.getStartX(), _model.getStartY() + 1);
 });

 //设置倒计时
 _setSurplusTime(level);
 }

3.界面整体结构

 @override
 Widget build(BuildContext context) {
 //获取手机屏幕宽度，并让屏幕高度等于屏幕宽度（确保形成正方形迷宫区域）
 //结果向下取整，避免出现实际地图宽度大于手机屏幕宽度的情况
 gameHeight = gameWidth = MediaQuery.of(context).size.width.floor();
 //每一个小方块的宽度和长度（屏幕宽度/列数）
 itemHeight = itemWidth = (gameWidth / columnSum);
 return Scaffold(
 appBar: PreferredSize(
 //设置标题栏高度
 preferredSize: Size.fromHeight(40),
 //标题栏区域
 child: _appBarWidget()),
 body: ListView(
 children: <Widget>[
 //游戏地图区域
 _gameMapWidget(),
 //游戏提示与操作栏区域
 _gameTipWidget(),
 //游戏方向控制区域
 _gameControlWidget(),
 ],
 ),
 );
 }

4.游戏地图区域

注：由于游戏提示与操作栏区域、游戏方向键控制区域不是本文章要讲的重点，故不详细介绍，有兴趣的朋友可以到完整项目源码地址中查看。

 //游戏地图区域
 Widget _gameMapWidget(){
 return Container(
 width: gameHeight.toDouble(),
 height: gameHeight.toDouble(),
 color: Colors.white,
 child: Center(
 //可堆叠布局（配合Positioned绝对布局使用）
 child: Stack(
 //按行遍历
 children: List.generate(_model.mazeMap.length, (i) {
 return Stack(
 //按列遍历
  children: List.generate(_model.mazeMap[i].length, (j) {
  //绝对布局
  return Positioned(
  //每个方块的位置
  left: j * itemWidth.toDouble(),
  top: i * itemHeight.toDouble(),
  //每个方块的大小和颜色
  child: Container(
  width: itemWidth.toDouble(),
  height: itemHeight.toDouble(),
  //位于顶层的颜色应放在前面进行判断，避免被其他颜色覆盖
  //墙->蓝灰色
  //路->白色
  //玩家角色->蓝色
  //迷宫终点-> 深橘色
  //迷宫正确路径->橙色
  color: _model.mazeMap[i][j] == 0
  ? Colors.blueGrey
  : (_model.playerX == i && _model.playerY == j)
  ? Colors.blue
  : (_model.getEndX() == i && _model.getEndY() == j)
  ? Colors.deepOrange
  : _model.path[i][j] ? Colors.orange : Colors.white));
  }));
 }),
 ),
 ));
 }

5.生成迷宫

//开始生成迷宫地图
 void _doGenerator(int x, int y) {
 RandomQueue queue = new RandomQueue();
 //设置起点
 Position start = new Position(x, y);
 //入队
 queue.addRandom(start);
 _model.visited[start.getX()][start.getY()] = true;
 while (queue.getSize() != 0) {
 //出队
 Position curPosition = queue.removeRandom();
 //对上、下、左、右四个方向进行遍历，并获得一个新位置
 for (int i = 0; i < 4; i++) {
 int newX = curPosition.getX() + _model.direction[i][0] * 2;
 int newY = curPosition.getY() + _model.direction[i][1] * 2;
 //如果新位置在地图范围内且该位置没有被访问过
 if (_model.isInArea(newX, newY) && !_model.visited[newX][newY]) {
 //入队
 queue.addRandom(new Position(newX, newY, prePosition: curPosition));
 //设置该位置为已访问
 _model.visited[newX][newY] = true;
 //设置该位置为路
 _setModelWithRoad(curPosition.getX() + _model.direction[i][0], curPosition.getY() + _model.direction[i][1]);
 }
 }
 }
 }

6.自动解迷宫（提示功能）

//自动解迷宫（提示功能）
 //从起点位置开始（使用递归的方式）求解迷宫，如果求解成功则返回true,否则返回false
 bool _doSolver(int x, int y) {
 if (!_model.isInArea(x, y)) {
 throw "坐标越界";
 }
 //设置已访问
 _model.visited[x][y] = true;
 //设置该位置为正确路径
 _setModelWithPath(x, y, true);

 //如果该位置为终点位置，则返回true
 if (x == _model.getEndX() && y == _model.getEndY()) {
 return true;
 }
 //对四个方向进行遍历，并获得一个新位置
 for (int i = 0; i < 4; i++) {
 int newX = x + _model.direction[i][0];
 int newY = y + _model.direction[i][1];
 //如果该位置在地图范围内，且该位置为路，且该位置没有被访问过，则继续从该点开始递归求解
 if (_model.isInArea(newX, newY) &&
 _model.mazeMap[newX][newY] == MazeGameModel.MAP_ROAD &&
 !_model.visited[newX][newY]) {
 if (_doSolver(newX, newY)) {
 return true;
 }
 }
 }
 
 //如果该位置不是正确的路径，则将该位置设置为非正确路径所途径的位置
 _setModelWithPath(x, y, false);
 return false;
 }

7.控制玩家角色移动

移动到新位置

//控制玩家角色移动
 void _doPlayerMove(String direction) {
 switch (direction) {
 case "上":
 //如果待移动的目标位置在迷宫地图内，且该位置是路，则进行移动
 if (_model.isInArea(_model.playerX - 1, _model.playerY) && _model.mazeMap[_model.playerX - 1][_model.playerY] == 1) {
 setState(() {
 _model.playerX--;
 });
 }
 break;
//省略其他三个方向的代码

玩家到达终点位置

//如果玩家角色到达终点位置
if (_model.playerX == _model.getEndX() && _model.playerY == _model.getEndY()) {
 isTip = false; //刷新可提示次数
 timer.cancel(); //取消倒计时
 //如果当前关是第10关
 if (level == 10) {
 showDialog(
 barrierDismissible: false,
 context: context,
 builder: (BuildContext context) {
 return AlertDialog(
 content: Text("骚年,你已成功挑战10关，我看你骨骼惊奇，适合玩迷宫（狗头"),
 actions: <Widget>[
  new FlatButton(
  child: new Text('继续挑战第10关(新地图)', style: TextStyle(fontSize: 16)),
  onPressed: () {
  setState(() {
  _model.playerX = _model.getStartX();
  _model.playerY = _model.getStartY();
  });
  //重新初始化数据
  _model = new MazeGameModel(rowSum, columnSum);
  //生成迷宫和设置倒计时
  _doGenerator(_model.getStartX(), _model.getStartY() + 1);
  _setSurplusTime(level);
  Navigator.of(context).pop();
  },
  )
 ],
 );
 });
 }
 //如果当前关不是第10关
 else {
 showDialog(
 barrierDismissible: false,
 context: context,
 builder: (BuildContext context) {
 return AlertDialog(
 content: Text("恭喜闯关成功"),
 actions: <Widget>[
  new FlatButton(
  child: new Text('挑战下一关', style: TextStyle(fontSize: 16)),
  onPressed: () {
  setState(() {
  //关卡数+1，玩家角色回到起点
  level++;
  _model.playerX = _model.getStartX();
  _model.playerY = _model.getStartY();
  });
  //重新初始化数据
  _model = new MazeGameModel(rowSum = rowSum + 4, columnSum = columnSum + 4);
  //生成迷宫和设置倒计时
  _doGenerator(_model.getStartX(), _model.getStartY() + 1);
  _setSurplusTime(level);
  Navigator.of(context).pop();
  },
  )
 ],
 );
 });
 }
 }

注：其他与控制逻辑相关的方法不在此文中详细介绍，有兴趣的朋友可以到完整项目源码地址中浏览。