1

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#).

0

1 ответ 1

2

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.

1
  • 2
    Maximilian Horton - я хочу написать змейку в консоли с использованием потоков..., aepot - ДЕРЖИТЕ МЕНЯ СЕМЕРО!!!
    – Blackmeser
    18 окт 2021 в 3:27

Ваш ответ

Нажимая на кнопку «Отправить ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями использования и подтверждаете, что прочитали и поняли наши политику конфиденциальности и нормы поведения.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.