Хочу написать змейку в консоли, и реализовать это следующим способом: существуют два потока: один принимает ввод с клавиатуры, второй - отрисовывает игру и делает какие-то проверки. Первый поток будет принимать ввод и записывать нажатые символы в поток команд, а второй поток будет считывать данные из этого буфера и реализовывать эти команды. Не могу понять, как запустить эти две задачи в разных потоках (ранее не сталкивался с конкурентностью в C#).
1 ответ
Покажу сразу перечисление, которое будет использовать во всех примерах.
public enum Direction
{
Right,
Down,
Left,
Up,
Stop
}
Для начала, вашу задачу можно реализовать вообще без дополнительных потоков. Есть конечно кое-какие ограничения, связанные с этим, но для начала этот способ является наиболее предпочтительным, если вы только начинаете учиться писать код.
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ConsoleKey key = default;
Direction direction = Direction.Right;
while (true)
{
Thread.Sleep(1000);
if (Console.KeyAvailable)
key = Console.ReadKey(true).Key;
switch (key)
{
case ConsoleKey.DownArrow:
direction = Direction.Down;
break;
case ConsoleKey.UpArrow:
direction = Direction.Up;
break;
case ConsoleKey.RightArrow:
direction = Direction.Right;
break;
case ConsoleKey.LeftArrow:
direction = Direction.Left;
break;
case ConsoleKey.Escape:
direction = Direction.Stop;
break;
}
if (direction == Direction.Stop)
break;
Console.WriteLine(direction);
}
}
}
Собственно, вот весь движок для змейки готов. Вместо Console.WriteLine(direction)
делаете вызов своего метода выполенния обновления игровой логики, передавая ему тот же direction
, и готово.
Теперь многопоточные варианты. Многопоточность в C# давно развивается, начну с самого древнего способа делать потоки.
class Program
{
private static Direction direction = Direction.Right;
static void Main(string[] args)
{
Thread thread = new Thread(Loop);
thread.Start();
while (true)
{
switch (Console.ReadKey(true).Key)
{
case ConsoleKey.DownArrow:
direction = Direction.Down;
break;
case ConsoleKey.UpArrow:
direction = Direction.Up;
break;
case ConsoleKey.RightArrow:
direction = Direction.Right;
break;
case ConsoleKey.LeftArrow:
direction = Direction.Left;
break;
case ConsoleKey.Escape:
direction = Direction.Stop;
break;
}
if (direction == Direction.Stop)
break;
}
Console.WriteLine("Exit program");
}
private static void Loop()
{
while (true)
{
Thread.Sleep(1000);
if (direction == Direction.Stop)
break;
Console.WriteLine(direction);
}
Console.WriteLine("Exit thread");
}
}
Работает точно так же, как и первый пример. Обратите внимание, что при нажатии Esc
сначала в консоль напишется Exit program
, и только потом Exit thread
. Это не создает проблем, пока поток не является фоновым Thread.IsBackground = true
, так как приложение при выходе убивает только фоновые потоки. Основные потоки должны завершиться самостоятельно, иначе приложение не завершится. Подводный камень здесь именно как раз в том, что приложение может зависнуть в процессах системы, пока вы его не убьете, если хотя-бы один основной поток не будет нормально завершен.
Кстати, потоки можно запускать более современным способ используя пул потоков. За это отвечает класс System.Threading.Tasks.Task
.
То есть строчки
Thread thread = new Thread(Loop);
thread.Start();
Можно заменить на просто
Task.Run(() => Loop());
Но все потоки из пула являются фоновыми, то есть при выходе из приложения ожидания завершения фонового потока не произойдет, он будет просто убит, а это еще одна проблема. Нам ведь хочется, чтобы весь наш код нормально завершался. Другими словами Task.Run
здесь только усугубляет ситуацию.
Сразу отмечу разницу между первым и вторым примером. Второй пример - неправильный. Дело в том, что цикл чтения с клавиатуры не закончится, пока не нажмете Esc. А если вы закроете окно консоли, то в окне Output в Visual Studio, получите вот такой вывод.
The program '[5712] ConsoleApp1.exe' has exited with code -1073741510 (0xc000013a).
Это означает, что приложение завершилось принудительно Ctrl+C Exit
. При нормальном завершении приложения эта строчка выглядит так.
The program '[8224] ConsoleApp1.exe' has exited with code 0 (0x0).
Но эту ошибку не побороть (во всяком случае, на данный момент, я не знаю как), можно побороть только проблему ненормального выхода из приложения. То есть сделать так, чтобы Main
успел завершиться полностью прежде чем приложения закроется.
То есть надо возвращаться к способу, который использует Console.KeyAvailable
. В противном случае Console.ReadKey
будет "висеть" до тех пор, пока не будет нажата клавиша, и эту проблему без постоянного опрашивания Console.KeyAvailable
в консоли объехать не просто. А как выше было показано, дополнительный поток при таком подходе не нужен.
Возвращаемя к тому, с чего начали, только теперь делаем нормальное завершение приложения при закрытии окна консоли. Чтобы отслеживать что код приложения завершился я буду использовать вывод в отладочную консоль Visual Studio. Такую возможность дает специальный класс Debug
.
Подключим пространство имен
using System.Diagnostics;
Получится вот такой код
class Program
{
private static Direction direction = Direction.Right;
static void Main(string[] args)
{
AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += new EventHandler(CurrentDomain_ProcessExit);
ConsoleKey key = default;
while (true)
{
Thread.Sleep(1000);
if (Console.KeyAvailable)
key = Console.ReadKey(true).Key;
switch (key)
{
case ConsoleKey.DownArrow:
direction = Direction.Down;
break;
case ConsoleKey.UpArrow:
direction = Direction.Up;
break;
case ConsoleKey.RightArrow:
direction = Direction.Right;
break;
case ConsoleKey.LeftArrow:
direction = Direction.Left;
break;
case ConsoleKey.Escape:
direction = Direction.Stop;
break;
}
if (direction == Direction.Stop)
break;
Console.WriteLine(direction);
}
Debug.WriteLine("Program exit");
}
private static void CurrentDomain_ProcessExit(object sender, EventArgs e)
{
direction = Direction.Stop;
Thread.Sleep(1000);
}
}
Вывод в окно Output
Visual Studio теперь выглядит так
Program exit
The program '[5188] ConsoleApp1.exe' has exited with code -1073741510 (0xc000013a).
То есть приложение завершается нормально. Но есть проблема, обратите внимание на Thread.Sleep
, который я использую чтобы дождаться завершения работы основного потока метода Main
. Дело в том, что Thread.Sleep
, как и Console.ReadKey
просто так не прервать. Все это выливается в то, что окно приложения закрывается с задержкой в 1 секунду. Это некрасиво и выглядит как подвисание приложния. К счастью, этого можно избежать.
Есть удобная альтернатива Thread.Sleep
, которую можно прерывать - Task.Delay
(с помощью CancellationToken
). Но Task.Delay
асинхронный, следоательно здесь начинается асинхронное программирование с использование ключевых слов async/await
. С самого начала поста я вас вел именно к этому.
class Program
{
private static Direction direction = Direction.Right;
private static readonly CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
static async Task Main(string[] args)
{
AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += new EventHandler(CurrentDomain_ProcessExit);
ConsoleKey key = default;
try
{
while (true)
{
await Task.Delay(1000, cts.Token);
if (Console.KeyAvailable)
{
while (Console.KeyAvailable)
{
key = Console.ReadKey(true).Key;
}
}
switch (key)
{
case ConsoleKey.DownArrow:
direction = Direction.Down;
break;
case ConsoleKey.UpArrow:
direction = Direction.Up;
break;
case ConsoleKey.RightArrow:
direction = Direction.Right;
break;
case ConsoleKey.LeftArrow:
direction = Direction.Left;
break;
case ConsoleKey.Escape:
direction = Direction.Stop;
break;
}
if (direction == Direction.Stop)
break;
Console.WriteLine(direction);
}
}
catch (OperationCanceledException) { }
Debug.WriteLine("Program exit");
}
static void CurrentDomain_ProcessExit(object sender, EventArgs e)
{
cts.Cancel();
}
}
Теперь окно закрывается немедленно, при этом надпись в отладочкном окне Program exit
все еще присутствует. С принудительным завершением приложения системой разобрались.
Теперь, как я писал в примере для WPF, хочется, чтобы Змейка реагировала на нажатия клавиш немедленно, а не с задержкой до секунды. Для этого опрос клавиатуры надо делать чаще, а не раз в секунду. Например 10 раз в секунду, при этом хочется, чтобы змейка так же двигалась раз в секунду, или с любой другой нужной скоростью, которая не зависит от частоты опроса клавиатуры. Вот здесь асинхронность разворачивается на полную и показывает свою суть.
class Program
{
private static Direction direction = Direction.Right;
private static readonly CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
private const int speedDelay = 1000;
private static bool addDelay;
private static Direction Direction
{
get => direction;
set
{
if (value != direction)
{
direction = value;
addDelay = true;
Update();
}
}
}
static async Task Main(string[] args)
{
AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += new EventHandler(CurrentDomain_ProcessExit);
ConsoleKey key = default;
Task snakeTask = SnakeLoop(cts.Token);
try
{
while (true)
{
await Task.Delay(100, cts.Token);
while (Console.KeyAvailable)
{
key = Console.ReadKey(true).Key;
}
switch (key)
{
case ConsoleKey.DownArrow:
Direction = Direction.Down;
break;
case ConsoleKey.UpArrow:
Direction = Direction.Up;
break;
case ConsoleKey.RightArrow:
Direction = Direction.Right;
break;
case ConsoleKey.LeftArrow:
Direction = Direction.Left;
break;
case ConsoleKey.Escape:
Direction = Direction.Stop;
break;
}
if (Direction == Direction.Stop)
break;
}
cts.Cancel();
await snakeTask;
}
catch (OperationCanceledException) { }
Debug.WriteLine("Program exit");
}
private static async Task SnakeLoop(CancellationToken token)
{
while (true)
{
await Task.Delay(speedDelay, token);
if (addDelay)
{
addDelay = false;
await Task.Delay(speedDelay / 2, token);
}
Update();
}
}
private static void Update()
{
Console.WriteLine(Direction);
}
static void CurrentDomain_ProcessExit(object sender, EventArgs e)
{
cts.Cancel();
}
}
Вот теперь получется то что нужно. Движок что надо. Не спорю, можно сделать еще лучше, так чтобы после нажатии на кнопку следующая итерация движения происходила ровно через speedDelay
, это бы сделало поведение змейки плавнее.
Кстати, добавил свойство Direction
, оно как раз содержит логику немедленной реакции на нажатие клавиши.
Все что вам осталось сделать - это реализовать метод Update()
. Еще что сдесь не сделано - нет запрета на обратный ход. То есть если змейка ползла вниз, должно быть нельзя сразу же ползти вверх, то же самое для влево и вправо. Реализуйте это сами или подсмотрите в примере для WPF, ссылку на который я дал выше.
Кстати, в обработчике события CurrentDomain_ProcessExit
вы можете сделать что-то полезное. Например записать количество набранных игроком очков на диск или вообще сохранить полное состояние игры, чтобы после перезапуска приложения все началось с того же места, на котором приложение было закрыто ранее.
Да, кстати, почитайте вот это - Асинхронное программирование.
-
2Maximilian Horton - я хочу написать змейку в консоли с использованием потоков..., aepot - ДЕРЖИТЕ МЕНЯ СЕМЕРО!!! 18 окт 2021 в 3:27