JavaScript實現生命游戲的方法

這篇文章主要介紹JavaScript實現生命游戲的方法，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

javascript是一種什么語言

javascript是一種動態類型、弱類型的語言，基于對象和事件驅動并具有相對安全性并廣泛用于客戶端網頁開發的腳本語言，同時也是一種廣泛用于客戶端Web開發的腳本語言。它主要用來給HTML網頁添加動態功能，現在JavaScript也可被用于網絡服務器，如Node.js。

概念介紹

元胞自動機（Cellular Automata），是 20 世紀 50 年代初由計算機之父馮·諾依曼（John von Neumann）為了模擬生命系統所具有的自復制功能而提出來的。

生命游戲（Game of Life），或者叫它的全稱 John Conway's Game of Life，是英國數學家約翰·康威在 1970 年代所發明的一種元胞自動機。

邏輯規則

在二維平面方格里，每個細胞有兩種狀態：存活或死亡，而下一時刻的狀態完全受它周圍 8 個細胞的狀態而定。

這個世界有三條演化規則：

1. 當周圍有 2 個存活細胞時，該細胞生命狀態保持原樣；

2. 當周圍有 3 個存活細胞時，該細胞為存活狀態（死亡細胞會復活）；

3. 當周圍存活細胞低于 2 個時（生命數量稀少）或周圍超過 3 個存活細胞時（生命數量過多），該細胞為死亡狀態。
   

基本結構

index.html   // 主頁面，初始化系統，控制系統運行等
canvas.js    // 渲染層，創建畫布，手動繪制，畫布更新方法等
LifeGame.js  // 邏輯層，創建運行系統，系統運行邏輯，數據更新等

主要實現

系統配置：定義二維平面方格尺寸，data 中以 key,value 形式存儲了所有細胞的生命狀態，execute 是 canvas.js 暴露出來的內部方法，掛載到 config 對象上。

  const config = {
    width: 100, // 橫向細胞數量
    height: 100, // 縱向細胞數量
    size: 4 + 1, // 細胞大小，細胞間距 1px
    speed: 200, // 細胞迭代速度
    alive: '#000000', // 細胞存活顏色
    dead: '#FFFFFF', // 世界顏色（細胞死亡顏色）
    data: new Map(), // 系統運行數據
    execute, // 更新畫布方法
  };

規則實現：遍歷二維平面里每個細胞，拿到當前的細胞狀態，計算其周圍存活細胞的數量，判斷其下一時刻是存活還是死亡，并將這個狀態保存下來，通過調用渲染層的更新畫布方法 execute 來更新界面顯示。這里在處理 data 數據時沒有用二維數組表示二維坐標系，而是將其轉換為一維線性表示，將數據保存在 Map 中。

  // LifeGame.js

  // 二維坐標系一維線性表示
  const MakeKey = (x = 0, y = 0) => y * 10000 + x;

  function refreshWorld() {
    const next = new Map(); // 更新后的系統運行數據
    // 迭代二維坐標系所有元素
    IterateCells(config, (x, y) => {
      const index = MakeKey(x, y); // 計算坐標對應的 key
      const current = config.data.get(index); // 當前細胞狀態
      // 計算當前細胞周圍存活細胞的數量
      switch (borderSum(x, y)) {
        case 2:
          // 當周圍有 2 個存活細胞時，該細胞保持原樣。
          next.set(index, current);
          break;
        case 3:
          // 當周圍有 3 個存活細胞時，該細胞為存活狀態。
          next.set(index, true);
          !current && config.execute(x, y, true); // 狀態變化，更新畫布
          break;
        default:
          // 當周圍的存活細胞低于 2 個時，該細胞為死亡狀態。（生命數量稀少）
          // 當周圍有超過 3 個存活細胞時，該細胞為死亡狀態。（生命數量過多）
          next.set(index, false);
          current && config.execute(x, y, false); // 狀態變化，更新畫布
          break;
      }
      return true;
    });
    return next;
  }

系統的啟動與停止

  // LifeGame.js
  
  // 開啟系統
  function startWorld() {
    stopWorld(); // 停止之前啟動的循環
    // 根據迭代速度啟動系統，循環更新系統
    interval = setInterval(() => (config.data = refreshWorld()), config.speed || 500);
    starting = true; // 開啟啟動標識
    return true;
  }

  // 關閉系統，當前系統運行數據保留
  function stopWorld() {
    clearInterval(interval); // 停止循環
    starting = false; // 關閉啟動標識
    return true;
  }

計算存活細胞方法

  // LifeGame.js
  
  function borderSum(x = 0, y = 0) {
    const { width, height, data } = config;
    let sum = 0;
    for (let j = y - 1; j <= y + 1; j++) {
      for (let i = x - 1; i <= x + 1; i++) {
        // 邊界判斷
        if (i < 0 || j < 0 || i >= width || j >= height || (i === x && j === y)) {
          continue;
        }
        if (data.get(MakeKey(i, j))) {
          sum++; // 存活細胞數量累加
        }
      }
    }
    return sum;
  }

迭代二維坐標系方法

/**
 * 迭代二維坐標系所有元素，執行回調函數
 * @param config: { width: number, height: number }
 * @param callback: (x: number, y: number) => boolean
 */
const IterateCells = ({ width, height }, callback) => {
  for (let y = 0; y < height; y++) {
    for (let x = 0; x < width; x++) {
      if (callback && !callback(x, y)) {
        return false;
      }
    }
  }
  return true;
};

更新畫布方法

  // canvas.js
  
  function execute(x, y, life) {
    const { size, alive, dead } = config;
    // 設置細胞顏色
    context.fillStyle = life ? alive : dead;
    // 繪制細胞，細胞間距 1px
    context.fillRect(x * size + 1, y * size + 1, size - 1, size - 1);

    return true;
  }

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