Đề tài Lập trình game đánh bài tiến lên chạy trong mạng LAN

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển nhanh chóng của Internet, Game Online hiện nay đang cũng đang rất thịnh hành và trở thành một phần không thể thiếu của nhiều tầng lớp trong xã hội. Tất nhiên, xét trên một phương diện nào đó có thể nhận thấy nhiều mặt tiêu cực của Game Online nhưng có thể nhận thấy rõ ràng rằng để lập trình được một Game Online, ngoài việc lập trình viên phải có những kiến thức về đồ họa, về thuật toán … thì một phần không thể thiếu đó là kiến thức về mạng và việc truyền thông tin trên mạng. Vì vậy, nếu coi Game Online là công cụ để lập trình viên tìm hiểu và thực hành những kiến thức về mạng thì đây thực sự là một công cụ hữu hiệu. Sau thời gian học tập và nghiên cứu về môn học Mạng và Truyền số liệu, chúng tôi nhận đã quyết định phải viết một ứng dụng nhỏ để áp dụng những gì đã biết về môn học vào thực tiễn.Ứng dụng được cả nhóm lựa chọn là Viết game “Đánh bài tiến lên” dựa trên Socket giới hạn trong mạng LAN. Lý do lựa chọn ứng dụng này: Thứ nhất, đây là một trò chơi đơn giản, dễ chơi, thuật toán dễ xây dựng nên phù hợp với khoảng thời gian ngắn được cho phép để hoàn thành trò chơi này. Hơn nữa, đây là ứng dụng để thực hành về Mạng và Truyền số liệu nên không cần thiết phải chú trọng vào thuật toán game. Thứ hai, với trò chơi này đòi hỏi nhiều người chơi nên có thể thực hành được việc xây dựng các Room, việc chat giữa hai hoặc nhiều người với nhau, việc truyền thông điệp point - point hay MultiCast … Thứ ba: Ứng dụng được viết trên mạng LAN do hạn chế về cơ sở hạ tầng và thời gian. Thực hiện: Sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual C# dựa trên nền tảng DotNetFX 1.1 Nhóm chúng tôi gồm có 5 người: Phan Anh Dũng Thân Quốc Lâm Nguyễn Hồng Phương Ngô Đức Thuận Nguyễn Thành Trung Đều là sinh viên lớp CNTT – KSTN – K48. Do thời gian thực hiện ứng dụng rất ngắn nên chương chưa có nhiều thời gian kiểm thử, chắc chắn còn tiềm ẩn nhiều lỗi. Chúng tôi sẽ cố gắng hoàn thiện thêm trong thời gian sắp tới. Lập trình Game “Đánh bài tiến lên” chạy trong mạng LAN MỤC LỤC 1. Giới thiệu về trò chơi “Đánh bài tiến lên” 1.1 Giới thiệu trò chơi Trò chơi đánh bài tiến lên là một trò chơi bài đơn giản, dễ chơi. Trò chơi được thực hiện trên bộ bài 52 quân bài. Các quân bài có tên là A (át), 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, J, Q, K, lần lượt với mỗi tên quân bài có 4 chất: rô, cơ, bích, nhép. Trong trò chơi đánh bài tiến lên thứ tự xếp hạng của các quân bài là: 3<4<5<6<7<8<9<10<J<Q<K<A<2. Trên bộ bài 52 quân các quân bài có chất rô hoặc cơ có màu đỏ, còn các quân bài có chất bích và nhép có màu đen. Mục tiêu là ai đánh được tất cả các quân bài trên tay xuống trước là người thắng cuộc. 1.2 Luật chơi Đầu tiên, bộ bài 52 quân sẽ lần lượt được chia đều cho mỗi người chơi. Người chơi có quân bài 3 bích sẽ được bắt đầu lượt đánh bài đầu tiên và quân bài được đánh phải là quân bài 3 bích hoặc một bộ ghép có chứa 3 bích. Trong các lượt chơi tiếp theo, người chơi có thể bắt đầu với một quân bài hoặc một bộ ghép các quân bài. Một bộ ghép các quân bài có thể là một đôi (2 quân bài cùng giá trị, và cùng màu, ví dụ đôi 7 đỏ (gồm 7 rô và 7 cơ), đôi 8 đen (gồm 8 nhép và 8 bích), một bộ 3 (3 quân bài có cùng giá trị gồm một bộ đôi, và một quân khác màu), một bộ tứ (4 quân bài có cùng giá trị), một bộ dọc gồm từ 3 quân bài trở lên có cùng chất, và có giá trị liên tiếp nhau (ví dụ 3, 4, 5 nhép). Tại mỗi lượt đánh bài, quyền đánh bài sẽ lần lượt được trao cho người tiếp theo theo vòng tròn (cùng chiều kim đồng hồ). Khi đến lượt đánh bài, người chơi có thể chọn một hoặc một số quân bài trên tay để đánh chặn quân bài của người chơi vừa đánh xuống hoặc là bỏ qua (người chơi sẽ mất quyền đánh bài trong lượt chơi này). Để đánh chặn được các quân bài vừa đánh xuống, người chơi phải chọn các quân bài thỏa mãn các yêu cầu sau: Nếu trước đó chỉ có một quân bài được đánh xuống, người chơi phải chọn quân bài cùng chất với quân bài đó và có giá trị lớn hơn, hoặc chọn một quân 2 bất kỳ để đánh chặn. Nếu trước đó là một bộ đôi, người chơi phải chọn một bộ đôi cùng màu (đỏ hoặc đen) và có giá trị lớn hơn, hoặc chọn 2 quân 2 bất kỳ để đánh chặn. Nếu trước đó là một bộ 3, người chơi phải chọn một bộ 3 có một bộ đôi cùng màu, một quân khác màu có cùng chất với bộ 3 được đánh trước đó và phải có giá trị lớn hơn để đánh chặn. Nếu trước đó la một bộ tứ, người chơi phải chọn một bộ tứ có giá trị lớn hơn. Nếu trước đó là một bộ dọc, người chơi phải chọn một bộ dọc có cùng chất, có giá trị lớn hơn và có số quân bài bằng số quân bài của bộ dọc trước đó. Người chơi đánh quân bài cuối cùng trong lượt chơi sẽ được quyền bắt đầu lượt chơi tiếp theo. Trừ lượt đánh đầu tiên (quân bài được đánh phải là quân bài 3 bích hoặc một bộ ghép có chứa 3 bích), trong các lượt chơi tiếp theo người chơi có thể bắt đầu với bất kỳ lá bài nào trên tay. Người chơi đầu tiên đánh hết các quân bài đầu tiên sẽ xếp thứ nhất. Hai người chơi đánh đánh hết các quân bài đầu tiên tiếp theo sẽ lần lượt xếp thứ 2 và thứ 3. Người chơi không đánh hết các quân bài là người xếp cuối cùng. 2. Tìm hiểu về Socket 2.1 Connection - Oriented Sockets. A simple TCP Server Chúng ta phải thực hiện 4 nhiệm vụ trước khi sever có thể truyền dữ liệu với kết nối với client: Tạo 1 socket Kết nối socket tới 1 IPEndPoint cục bộ Đặt socket trong trạng thái lắng nghe (Listen) Chấp nhận kết nối đến socket. Tạo ra Sever: Bước đầu tiên để xây dựng 1 TCP Sever là tạo ra một thể hiện của đối tượng Socket. Các chức năng cần thiết khác cho các thao tác của Sever là việc sử dụng các phương thức của đối tượng Socket. 4 nhiệm vụ đó được thực hiện như sau: IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9050); Socket newsock = Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); newsock.Bind(ipep); newsock.Listen(10); Socket client = newsock.Accept(); Đối tượng Socket được tạo bởi phương thức Accept() được sử dụng để truyền dữ liệu theo cả 2 hướng giữa Sever và Remote Client. Các bước cơ bản được thể hiện trong ví dụ sau: SimpleTcpSrvr.cs using System; using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Text; class SimpleTcpSrvr { public static void Main() { int recv; byte[] data = new byte[1024]; IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9050); Socket newsock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); newsock.Bind(ipep); newsock.Listen(10); Console.WriteLine("Waiting for a client..."); Socket client = newsock.Accept(); IPEndPoint clientep = (IPEndPoint)client.RemoteEndPoint; Console.WriteLine("Connected with {0} at port {1}", clientep.Address, clientep.Port); string welcome = "Welcome to my test server"; data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome); client.Send(data, data.Length, SocketFlags.None); while(true) { data = new byte[1024]; recv = client.Receive(data); if (recv == 0) break; Console.WriteLine( Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv)); client.Send(data, recv, SocketFlags.None); } Console.WriteLine("Disconnected from {0}", clientep.Address); client.Close(); newsock.Close(); } } Phương thức Receive() và Send() chỉ làm việc với dãy byte. Tất cả dữ liệu được truyền Socket đều phải được chuyển đổi sang chuỗi byte. Trong ví dụ trên ta sử dụng xâu văn bản, phương thức Encoding.ASCII được dùng để chuyển đổi các xâu sang các chuỗi byte và ngược lại. Một đối tượng IPEndPoint được định nghĩa cho Local Sever: IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9050); Bằng cách sử dụng trường IPAddress.Any, thì Sever sẽ chấp nhận tất cả các yêu cầu kết nối trên tất cả các mạng mà có thể được cấu hình trên hệ thống. Nếu ta muốn chỉ chấp nhận đối với 1 gói các Interface riêng biệt, ta có thể sử dụng địa chỉ IP. IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.1.6"), 9050); Sau khi xác địn đối tượng IPEndPoint thích hợp, khởi tạo Socket() được gọi để tạo TCP socket. Phương thức Bind() và Listen() được sử dụng để kết nối socket đến đối tưưọng IPEndPoint mới và lắng nghe các kết nối tới. Cuối cùng, phương thức Accept() được sử dụng để chấp nhận các kết nối đến từ client. Phương thức Accept() trả về một đối tượng Socket mới, đối tượng này sẽ được sử dụng trong tấy cả các giao tiếp với client. Sau khi phương thức Accept() chấp nhận kết nối, thông tin địa chỉ IP của client yêu cầu có thể lấy được nhờ thuộc tính RemotEndPoint: IPEndPoint clientep = (IPEndPoint)client.RemoteEndPoint; Một khi IPEndPoint được tạo ra sử dụng thông tin client từ xa, bạn có thể truy cập nó và sử dụng các thuộc tính Address và Port (địa chỉ và cổng). Đây là kỹ thuật sử dụng cho việc định danh cho các client riêng biệt mà kết nối đến server. Sau khi socket được thiết lập với client, sự kết hợp client/sever đồng bộ truyền dữ liệu. Nếu cả 2 server và client cùng cố gắng nhận dữ liệu cùng 1 luc, hoặc cùng gửi dữ liệu trong cùng 1 thời điển gây ra hiện tượng deadlock. Ví dụ thông điệp Welcom gửi cho client, và sau đó chờ thông điệp từ client: string welcome = "Welcome to my test server"; data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome); client.Send(data, data.Length, SocketFlags.None); while(true) { data = new byte[1024]; recv = client.Receive(data); if (recv == 0) break; Console.WriteLine( Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv)); client.Send(data, recv, SocketFlags.None); } Client muốn giao tiếp với sever phải chuận bị nhận thông điệp ngay khi mà kết nối được tạo ra. Sauk hi nhận dữ liệu, client phải luôn phiên giữa việc gửi và nhận dữ liệu. Phưong thức Receive() thay thế dữ liệu trong buffer dữ liệu, kích thước của vùng dữ liệu đệm được đặt trước. Nếu vùng đệm không được xác lập lại giá trị gốc, thì lần gọi Receive() tiếp theo, vùng đệm chỉ chứa được dữ liệu tối đa bằng lần gọi trước. 2.2 Sử dụng C# Streams với TCP Việc quản lý các thông điệp trong kết nối TCP là thách thức cho các nhà lập trình, .NET Framework cung cấp một số lớp giải quyết vấn đề này. Là lớp NetWorkStream, cung cấp 2 stream interface cho socket là 2 lớp: StreamReader và StreamWriter, được dùng để gửi và nhận thông điệp văn bản sử dụng TCP. NetworkStream Class: Phương thức khởi tạo: Socket newsock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); NetworkStream ns = new NetworkStream(newsock); Sau khi đối tượng NetworkStream được khởi tạo, có 1 vài thuộc tính và phương thức áp dụng vào đối tượng Socket Table 5.1: NetworkStream Class Properties Property Description CanRead Is true if the NetworkStream supports reading CanSeek Is always false for NetworkStreams CanWrite Is true if the NetworkStream supports writing DataAvailable Is true if there is data available to be read Các phương thức: NetworkStream Class Methods Method Description BeginRead() Starts an asynchronous NetworkStream read BeginWrite() Starts an asynchronous NetworkStream write Close() Closes the NetworkStream object CreateObjRef() Creates an object used as a proxy for the NetworkStream EndRead() Finishes an asynchronous NetworkStream read EndWrite() Finishes an asynchronous NetworkStream write Equals() Determines if two NetworkStreams are the same Flush() Flushes all data from the NetworkStream GetHashCode() Obtains a hash code for the NetworkStream GetLifetimeService() Retrieves the lifetime service object for the NetworkStream GetType() Retrieves the type of the NetworkStream InitializeLifetimeService() Obtains a lifetime service object to control the lifetime policy for the NetworkStream Read() Reads data from the NetworkStream ReadByte() Reads a single byte of data from the NetworkStream ToString() Returns a string representation Write() Writes data to the NetworkStream WriteByte() Writes a single byte of data to the NetworkStream Sử dụng phương thức Read để đọc khối dữ liệu từ NetworkStream. Đọc chuỗi byte vào buffer, offset là vị trí buffer nơi bắt đầu đặt dữ liệu, và size số byte phải đọc. int Read(byte[] buffer, int offset, int size) Phương thức Read() trả về giá trị integer là số byte đọc được từ NetWorkStream và được đặt trong buffer.  3. Using The C# Sockets Helper Classes: The TcpClientClass: Lớp TcpClient, trong System.Net.Sockets namespace, được thiết kế để dễ dàng viết các ứng dụng TCP client. Các khởi tạo của lớp TcpClient: TcpClient() TcpClient(IPEndPoint localEP) TcpClient(String host, int port) Các phương thức của TcpClient TcpClient Methods Method Description Close() Closes the TCP connection Connect() Attempts to establish a TCP connection with a remote device Equals() Determines if two TcpClient objects are equal GetHashCode() Gets a hash code suitable for use in hash functions GetStream() Gets a Stream object that can be used to send and receive data GetType() Gets the Type of the current instance ToString() Converts the current instance to a String object TcpClient Object Properties Property Description LingerState Gets or sets the socket linger time NoDelay Gets or sets the delay time used for sending or receiving TCP buffers that are not full ReceiveBufferSize Gets or sets the size of the TCP receive buffer ReceiveTimeout Gets or sets the receive timeout value of the socket SendBufferSize Gets or sets the size of the TCP send buffer SendTimeout Gets or sets the send timeout value of the socket 2.3 Socket không đồng bộ Có 2 cách để tránh sử dụng blocking sockets trong các ứng dụng về mạng: Sử dụng các socket không đồng bộ Sử dụng các phương thức non-blocking socket 2.3.1 Windows Event Programming: Chương trình chạy ở chế độ Windows console sử dụng mô trình lập trình có cấu trúc truyền thống. Trong chương trình có cấu trúc, luồng chương trình được điều khiển ngay trong chính chương trình đó. Người dùng không thể tuỳ biến thay đội việc thực hiện chương trình, mà chỉ tuân theo tuần tự của chương trình định trước. Trái lại các chương trình Windows sử dụng “ event programming model”. Windows event programming dựa trên luồng chương trình vào các sự kiện. Khi các sự kiện xuất hiện trong chương trình, các phương thức được gọi và thực hiện dựa trên vào các sự kiện. Phương pháp này không làm việc tốt đối với các hàm dạng blocking. Khi 1 ứng dụng cần trình bày giao diện với người dùng, nó sẽ đợi cho sự kiện từ người dùng để xác định những hàm nào được thực thi. Event programming giả thiết rằng trong khi các hàm khác đang xử lý ( ví dụ như các truy cập mạng). người dùng vẫn có thể điều khiển giao diện đồ hoạ. Điều này cho pháp người dùng thực hiện nhiều chức năng khác trong khi chờ phản hồi từ mạng, ngay cả khi huỷ kết nối mạng nếu cần. Nếu các hàm blocking được sử dụng, việc thực hiện chương trình sẽ chờ cho đến khi hàm này được thực hiện, và người dùng không thể điểu khiển cả giao diện lẫn chương trình. Mô hình chương trình Window hướng sư kiện. 2.3.2 Sử dụng Events và Delegates: Một sự kiện là 1 thông điệp được gửi bởi đối tượng mà mô tả một hành động xảy xa. Thông điệp định danh hành động và truyền dữ liệu cần thiết có liên quan cho hành động. Các sự kiện là bất cứ việc gì, như việc nhấn nút, ( nơi mà thông điệp biểu diễn bởi tên của button), hay là gói nhận được từ một socket ( nơi mà thông điệp thể hiện bằng socket nhận dữ liệu). Người gửi sự kiện không cần biết, đối tượng nào sẽ bắt thông điệp sự kiện, ngay cả khi nó đã được gửi đi qua hệ thống Windows. Điều này phụ thuộc vào đối tượng nhận sự kiện mà đăng kí với hệ thông Window và cho biét kiểu của sự kiện và người nhận muốn nhận.  Windows event senders and receivers Bên nhận sự kiện được định danh trong hệ thống Windows bởi một lớp pointer được gọi là delegate ( uỷ quyền). Delegate là lớp mà giữ tham chiếu đến phương thức mà có thể bắt sự kiện được nhận. Khi Windows nhận được một sự kiện, nó kiểm tra xem xét nếu bất cứ delegate nào đăng kí để bắt sự kiện này, thông điệp sự kiện được thông qua phương thức được định ra bởi delegate. Sauk hi phương thức này hoàn thành hệ thống Window xử lý sự kiện tiếp theo xuất hiện, cho đến khi có tín hiệu kết thúc chương trình. 2.3.3 The AsyncCallback Class: Các sự kiện có thể kích hoạt delegate. Lớp AsyncCallback cho phép phưonưg thức khởi động một hàm không đồng bộ và cung cấp phương thức uỷ quyền (delegate) để gọi khi hàm không đồng bộ hoàn thành. Quá trình này khác với chương trình hướng sự kiện chuẩn. Phương thức này tự đăng ký một AsyncCallback delegate để gọi khi phương thức hoàn thành chức năng. Ngay khi phương thức này xuất hiện và phương thông báo công việc đã hoàn thành cho hệ thống Window, một sự kiện được kích hoạt và truyền điều khiển chương trình cho phương thức được định ra trong AsyncCallback delegate đã đăng ký. Lớp Socket sử dụng phương thức được định ra trong AsyncCallback để cho phép các hàm mạng có thể thực hiện các quá trình xử lý không đồng bộ. Nó sẽ báo đến OS khi mà các hàm mạng được hoàn thành và chuyển điều khiển cho phương thức AsncCallback để hoàn thành chức năng mạng. Trong môi trường Window, những phương thức này giúp tránh việc một ứng dụng phải dừng (lock-up) trong khi chờ các hàm về mạng hoàn thành. Using Asynchronous Sockets .Net asynchronous Socket methods Requests Started By… Description of Request Requests Ended BY… BeginAccept() To accept an incoming connection EndAccept() BeginConnect() To connect to a remote host EndConnect() BeginReceive() To retrieve data from a socket EndReceive() BeginReceiveFrom() To retrieve data from a specific remote host EndReceiveFrom() BeginSend() To send data from a socket EndSend() BeginSendTo() To send data to a specific remote host EndSendTo() 2.3.4 Sử dụng Thread: Làm thế nào để các chương trình ứng dụng chạy trong Windows Khi chạy các chương trình trong hệ thống Windows, phần mềm hệ điều hành phải biết cách quản lý các chương trình đảm bảo rằng tất cả các chương trình đều có cơ hội sử dụng thời gian của CPU và truy cập bộ nhớ và các thiết bị vào ra. Để thực hiện việc này, OS quản lý mỗi chương trình chứa trong 1tiến trình. 1 tiến trình là biểu diễn thể hiện của một chuương trình. Nếu bất cứ chương trình sao khác nào chạy cùng 1 thời gian, mỗi thể hiện của chương trình tạo ra 1 tiến trình mới. Thread Class Sử dụng lớp Thread để tạo ra đối tương Thread mới. Định dạng của việc khởi tạo Thread, với start là phương thức uỷ quyền ThreadStart. Thread(ThreadStart start) Và tạo một thread mới . . Thread newThread = new Thread(new ThreadStart(newMethod)); . . } void newMethod() { . . } Sau khi đối tượng được tạo ra, nó được điểu khiển bởi các phương thức chính sau: The Thread Class Methods Method Description Abort() Terminates the thread Equals() Determines whether two Thread objects are the same GetHashCode() Gets a unique representation for the thread GetType() Gets the type of the current thread Interrupt() Interrupts a thread that is in the Wait thread state Join() Blocks the calling thread until the thread terminates Resume() Resumes a thread that has been suspended Start() Causes the operating system to change the thread state to Running Suspend() Suspends the execution of the thread 3. Xây dựng chương trình 3.1 Thiết kế chương trình 3.1.1 Module Socket và quản lý phòng chơi a. Các chức năng chính của module này Client: login logout create a room join a room escape the room room chat global chat logout Server: listen và response lại phản hồi của các client. có thể request client khi cần thiết. quản lý và sắp xếp room. b. Biểu đồ User Case c. Biểu đồ lớp d. Các lớp chính được sử dụng 3.1.2 Module thực hiện và kiểm soát luật chơi Tổ chức chương trình: Lớp ClsCard: mô tả một quân bài, gồm các thuộc tính: Value: giá trị của quân bài. Character: chất của quân bài. Played: trạng thái của quân bài, cho biết quân bài đã được đánh hay chưa. Lớp ClsHandCards: cho biết trạng thái bộ bài trên tay người chơi, gồm các thuộc tính: numOfCards: cho biết số quân