Android 数字华容道

一个大二阶段完成的 Android 数字华容道小游戏。项目在大一 C++ 图形化版本的基础上进行改进，移植到 Android 平台，并加入了触摸操作、计时、步数统计、最佳成绩保存、洗牌和重置等功能。

项目简介

数字华容道也称 15-puzzle，是一个 4×4 的滑块益智游戏。棋盘中有 15 个数字方块和 1 个空白格，玩家通过移动空白格相邻的数字方块，将数字排列为从 1 到 15 的顺序。

目标状态如下：

 1   2   3   4
 5   6   7   8
 9  10  11  12
13  14  15   空白

本项目是个人学习和课程作业项目，主要用于练习 Android 界面开发、触摸事件处理、游戏状态管理和简单的数据持久化。

功能特性

• 4×4 数字华容道棋盘。
• 点击数字方块进行移动，只允许移动到空白格相邻位置的方块。
• 启动游戏时自动洗牌，且洗牌过程由合法移动组成，保证局面可还原。
• 记录当前游戏步数。
• 记录游戏用时。
• 使用 SharedPreferences 保存历史最佳步数。
• 支持“洗牌”开始一局新游戏。
• 支持“重置”恢复到有序棋盘。
• 通关后弹出成绩对话框，可继续挑战或退出游戏。

游戏玩法

1. 启动应用后，棋盘会自动生成一个打乱的局面。
2. 点击空白格上下左右相邻的数字方块，使其移动到空白位置。
3. 重复移动，直到棋盘恢复为 1 到 15 的顺序。
4. 通关后可以查看本局步数和时间；如果步数更少，会更新最佳成绩。

技术栈

• 开发语言：Java
• 开发工具：Android Studio
• 构建工具：Gradle
• Android Gradle Plugin：9.2.1
• compileSdk：33
• targetSdk：33
• minSdk：21（Android 5.0）
• AndroidX AppCompat：1.6.1

项目不依赖网络服务，游戏逻辑和成绩数据均在本地运行和保存。

实现思路

棋盘数据

GameEngine 使用二维数组保存 4×4 棋盘状态，其中 0 表示空白格。游戏引擎同时记录空白格的位置和当前步数。

合法移动

通过曼哈顿距离判断点击的方块是否与空白格相邻：

|点击行 - 空白行| + |点击列 - 空白列| == 1

只有距离为 1 时才执行交换，并将步数加 1。

洗牌与可解性

洗牌不是直接随机打乱数组，而是从空白格的合法相邻位置中随机选择方块进行多次移动。因此，洗牌后的局面一定可以通过反向移动回到目标状态。

界面与触摸

GameBoardView 是自定义 View，负责绘制棋盘和数字方块，并将触摸坐标换算为棋盘行列，再交给 MainActivity 处理游戏操作。

成绩保存

MainActivity 使用 SharedPreferences 保存最佳步数。应用重新启动后仍然可以读取之前的最佳成绩。

项目结构

hrd/
├── app/
│   └── src/main/
│       ├── java/com/example/hrd/
│       │   ├── GameEngine.java       # 棋盘数据、移动、洗牌和胜利判断
│       │   ├── GameBoardView.java    # 棋盘绘制和触摸坐标处理
│       │   └── MainActivity.java     # 页面、计时器、按钮和成绩逻辑
│       ├── res/layout/
│       │   └── activity_main.xml     # 主界面布局
│       ├── res/values/
│       │   ├── colors.xml            # 颜色资源
│       │   ├── strings.xml            # 字符串资源
│       │   └── themes.xml             # 应用主题
│       └── AndroidManifest.xml        # 应用配置和启动入口
├── build.gradle.kts                   # 根项目构建配置
├── settings.gradle.kts                # 模块配置
├── gradlew                             # Gradle Wrapper（Unix）
├── gradlew.bat                         # Gradle Wrapper（Windows）
└── README.md

环境要求

• Windows、macOS 或 Linux
• Android Studio
• Android SDK 33 或兼容版本
• JDK 21（建议使用 Android Studio 自带的 JBR）
• Android 模拟器或 Android 5.0 及以上的实体设备

编译运行

使用 Android Studio

1. 使用 Android Studio 打开项目根目录 hrd。
2. 等待 Gradle 同步完成。
3. 连接 Android 手机或启动模拟器。
4. 点击运行按钮，选择 app 配置启动应用。

使用命令行

在项目根目录执行：

.\gradlew.bat assembleDebug

生成的调试 APK 位于：

app/build/outputs/apk/debug/app-debug.apk

连接设备并开启 USB 调试后，可以使用 ADB 安装：

adb install -r app/build/outputs/apk/debug/app-debug.apk

核心类说明

类名	作用
GameEngine	管理棋盘数组、空白格、步数、合法移动、洗牌和胜利判断
GameBoardView	绘制数字方块，并处理用户的触摸操作
MainActivity	初始化页面，更新步数和时间，处理洗牌、重置、通关弹窗和最佳成绩

已知限制

• 当前只有 4×4 棋盘，暂不支持自定义棋盘大小。
• 当前只支持点击操作，不支持键盘方向键或滑动手势。
• 最佳成绩目前只按步数比较，没有按时间进行排名。
• 项目主要用于学习和课程作业，界面和代码结构仍有继续完善的空间。

后续改进方向

• 增加滑动手势操作。
• 增加多个难度等级和不同棋盘尺寸。
• 增加历史成绩列表。
• 优化计时器和 Activity 生命周期处理。
• 增加游戏截图、应用图标和发布版 APK。

项目来源

这是我大二阶段完成的 Android 课程作业。大一阶段曾使用 C++ 和 EasyX 完成过桌面版数字华容道，本项目是在原有游戏思路上的一次 Android 平台改进和实践。