程设项目二:圣杯战争

项目概况

项目名称:圣杯战争 项目介绍:实现一个游戏的英雄系统、战斗系统、装备系统、技能系统等,可模拟游戏从者间的相互对抗

游戏背景

圣杯战争是 TYPE-MOON 出品的《Fate/stay night》和《Fate/Zero》等 Fate 系列作品中出现的概念。广义上的圣杯战争,就是围绕着能实现持有者心愿的「圣杯」的争夺战。 本项目还原了这一概念,七名御主(Master,即玩家)操纵自己的从者(Servant)互相战斗,最后一名幸存的从者及其御主赢得胜利,获得圣杯。

需求分析

  1. 项目任务书中直接要求实现英雄系统、战斗系统、装备系统。
  2. 一个完整的游戏系统中,除上述系统之外,不可避免的还要包含技能系统,包括英雄主动使用的主动技能,和战斗时自动触发的被动技能
  3. 为游戏的可玩性、竞技性,增加 Buff/DeBuff 机制。

实现思路

从者

一开始有想过给从者加很多参数:暴击、格挡、闪避、命中……甚至包含一个根据经验值自动成长的属性系统。然而,这样过于复杂的系统,很难去平衡属性之间的数值平衡,也是没有必要的。例如,闪避过高会拖慢游戏的节奏,而暴击过高又容易使游戏失衡。 作为补充,设计了多样的宝具系统和 Buff/DeBuff 机制。如果要追求暴击、闪避、吸血之类的属性可以设计成宝具的被动技能或者 Buff/DeBuff。

从者(Servant)是 TYPE-MOON 世界观中的魔术现象。死后升格为超越人的存在的英雄之魂被称为「英灵」,他们通过仪式被召唤到现世,成为可以被使役的存在,即为「从者」。通常情况下召唤出的从者只是英灵本体的分身,完成任务后便会消失返回英灵之座。 设计的从者类class Servant包含属性见下表。

变量名作用备注
NAME表示从者名称仅在初始化时赋值
HP表示血量,范围[0,100],0 表示从者死亡调用接口函数addHP()时,超出范围的生命值会被自动修正到上下界;某些 Buff/DeBuff 会对返回值产生影响(例如【必灭】,生命值回复效果减少一半,向上取整)
NP表示能量,发动宝具主动技能的需要消耗的必要属性,范围[0,100]调用接口函数addNP()时,超出范围的能量值会被自动修正到上下界;某些 Buff/DeBuff 会对返回值产生影响(同上)
ATK表示攻击,造成伤害的必要属性调用接口函数getATK()时,某些 Buff/DeBuff 会对返回值产生影响(同上)
DEF表示防御,攻击属性的抗性调用接口函数getDEF()时,某些 Buff/DeBuff 会对返回值产生影响(例如【破魔】,防御降低 10%)
CLOCK表示生物钟,用于计算技能冷却、宝具充能、BUFF 持续时间 
BUFFBUFF 池,存储被附加的增益状态以及对应的持续时间 
DEBUFFDEBUFF 池,存储被附加的减益状态以及对应的持续时间 
BAR装备栏,用于存储宝具的指针由于装备栏中存储了宝具的指针,因此禁用Servant类的拷贝操作和赋值操作

宝具

设计一个新从者,只需要设计他的一件专属宝具,即可带来属性、技能、装备的多样化。

宝具,是 Servant 所持有的武装、象征、绝招,被称为「贵い幻想(尊贵的幻想,Noble Phantasm)」。 设计的宝具基类class NoblePhantasm包含如下特点:

  • 装备时可为从者带来属性增益,脱下装备时减少相应增益。
  • 可由从者使用主动技能
  • 战斗时自动触发被动技能

目前代码中已经派生的宝具类见下表。

宝具被动技能主动技能属性加成
誓约胜利之剑远离尘世的理想乡:触发时回复 1 点 HP魔力放出:消耗所有 NP 并按比例对对手造成伤害 
王之财宝  全属性+30
炽天覆七重圆环免疫低于 7 的伤害  
十二试炼每三次触发获得一层试炼,最多 11 层;每层试炼抵抗一点致命伤害  
万戒必破之符高速神言:触发时回复 5 点 NP造成伤害并清除增益效果 
穿刺死棘之枪造成伤害,10%触发【逆转因果:99 点额外伤害】  
破魔红蔷薇&必灭黄蔷薇造成伤害,随机给对手附加 Debuff【破魔】【必灭】之一  

本次大作业暂时只实现以上 7 件宝具。事实上,要加入新的宝具,只需增加一个class NoblePhantasm的派生类即可,详见NoblePhantasm.cpp中的具体实现。

sequenceDiagram
从者->>宝具:构造一个新的宝具对象
宝具-->>从者:产生属性增益
从者->>宝具:加入装备栏
从者->>宝具:使用主动技能,触发被动技能
从者->>宝具:脱下宝具
宝具-->>从者:去除属性增益
从者->>宝具:delete对应指针

战斗

单次战斗,定义成一名从者对另一从者使用某个宝具的主动技能。 特别地,当这件宝具没有自定义的主动技能时,将调用宝具基类的主动技能(普通攻击)。

战斗的流程如下(参见下面的时序图):

  1. 攻方从者触发 Buff、宝具被动。
  2. 受方从者触发 Buff、宝具被动。
  3. 攻方发动宝具对受方造成伤害和效果。
  4. 攻方宝具被动、Buff 结算。
  5. 受方宝具被动、Buff 结算。
sequenceDiagram
攻方从者-->>攻方宝具:触发被动
受方从者-->>受方宝具:触发被动
攻方从者->>攻方宝具:发动主动技能
攻方宝具->>受方从者:造成伤害和效果
攻方宝具-->>攻方从者:被动结算
受方宝具-->>受方从者:被动结算
攻方从者-->>攻方从者:属性结算
受方从者-->>受方从者:属性结算

Buff/DeBuff

Buff 池的代码实现使用了map<string,int>,来保存 Buff 和对应的结束时间。查找/插入一个 Buff 的时间复杂度为 O(logN),其中 N 为 Buff 池中 Buff 的数量。

  • Buff/DeBuff 机制的实现依赖于 Buff 池。
  • 战斗中 Buff 的触发早于宝具被动触发;结算晚于宝具被动结算。

目前代码中已经实现的 Buff/DeBuff 见下表。

名称类别效果
必灭DeBuffHP 回复效果降低 50%,向上取整
破魔DeBuff战斗时防御为真实值的 90%
防御增益(懒得取名了,下同)Buff战斗时防御值为真实值的 110%,与【破魔】可叠加,效果为真实防御值的 99%
攻击增益Buff同【防御增益】
攻击减益DeBuff同【破魔】
能量回复减益DeBuff同【必灭】
增益免疫DeBuffBuff 附加抗性
减益免疫Buff同【增益免疫】

本次大作业暂时只实现以上 8 个 Buff。事实上,要加入新的 Buff,只需在class Servant中对应函数位置增加代码即可,详见Servant.cpp中的具体实现。

sequenceDiagram
Buff->>从者:持续时间
从者-->>从者:计算Buff消失时间
从者->>Buff池:加入Buff池
Buff池-->>Buff池:检查是否已经存在此Buff或免疫抗性\n若存在则判断是否覆盖\n否则直接加入
flowchart TB
st1[外部查询/修改从者属性]
op1[查询Buff/DeBuff池]
cond1[是否有相关Buff/DeBuff]
cond2[是否在生效时间内]
e[查询/修改属性]
op2[Buff/DeBuff生效]
st1-->op1
op1-->cond1
cond1--yes-->cond2
cond1--no-->e
cond2--no-->e
cond2--yes-->op2-->e

代码测试

文件夹中main.cpp中保存了一段用于测试的代码,运行后得到如下输出,符合预期:

【阿尔托莉雅】装备宝具【誓约胜利之剑】
【库丘林】装备宝具【穿刺死棘之枪】
【库丘林】装备宝具【破魔红蔷薇&必灭黄蔷薇】
【卫宫】装备宝具【王之财宝】
【卫宫】装备宝具【炽天覆七重圆环】
【美狄亚】装备宝具【万戒必破之符】
【赫拉克勒斯】装备宝具【十二试炼】

【阿尔托莉雅】当前状态:
【HP:100】【NP:100】
【ATK:100】【DEF:100】
【宝具】:【誓约胜利之剑】
【Buff】:
【DeBuff】:

【库丘林】对【阿尔托莉雅】释放宝具【破魔红蔷薇】,附加3回合DeBuff【破魔】,造成伤害【38】
【卫宫】对【赫拉克勒斯】造成伤害【40】
【赫拉克勒斯】对【卫宫】造成伤害【3】
【卫宫】发动宝具【炽天覆七重圆环】,免疫本次不高于【7】的伤害
【阿尔托莉雅】对【赫拉克勒斯】释放宝具【誓约胜利之剑】,造成伤害【50】
【赫拉克勒斯】对【阿尔托莉雅】造成伤害【43】

【阿尔托莉雅】当前状态:
【HP:21】【NP:0】
【ATK:100】【DEF:90】
【宝具】:【誓约胜利之剑】
【Buff】:
【DeBuff】:【破魔】

【美狄亚】对【美杜莎】释放宝具【万戒必破之符】,造成伤害【0】,并清除所有增益效果
【卫宫】对【赫拉克勒斯】造成伤害【40】
【赫拉克勒斯】发动宝具【十二试炼】,成功续命,剩余试炼数【0】
【库丘林】对【卫宫】释放宝具【穿刺死棘之枪】,造成伤害【8】,逆转因果,造成【99】点额外伤害!
【卫宫】死亡
【美狄亚】NP不足

代码接口

仅给出对应头文件,具体实现参照对应的 cpp 文件。 以下所有代码均写在namespace wk中,避免命名冲突。

WkRandom.h

实现一个自用的伯努利概率分布函数。根据编译器版本不同,自动选择调用<random>库(C++11 以上)或rand()函数实现。前者的准确度要高于后者。

bool getRand(double p);//产生随机数0/1,概率期望值为p

Servant.h

class Servant
{
public:
	Servant(const std::string NAME):
		NAME(NAME),
		HP(100),
		NP(0),
		ATK(100),
		DEF(100),
		CLOCK(0) {}
	~Servant();//要释放装备指针
	std::string getName();
	void print();//输出当前状态
	//下为属性相关函数会受(De)Buff影响
	int getHP();
	void addHP(int,bool buff=1);//修改血量,超过上限100或下限0时自动修正
	int getNP();
	void addNP(int,bool buff=1);//修改能量,超过上限100或下限0时自动修正
	int getATK();
	void addATK(int);
	int getDEF();
	void addDEF(int);
	//下为Buff/DeBuff相关
	int getClock();//外界不允许修改人物技能时钟,没有set/add函数
	bool hasBuff(const std::string&);
	bool hasDeBuff(const std::string&);
	void addBuff(const std::string&,int,bool buff=1);//附加持续时间t的Buff
	void addDeBuff(const std::string&,int,bool buff=1);//附加持续时间t的DeBuff
	void clearBuff();
	void clearDeBuff();
	//下为宝具/技能相关
	void equip(NoblePhantasm*);//装备宝具(到装备栏最后)
	void sold();//出售(最后一件)宝具
	void swapBar(int,int);//交换装备栏中宝具的次序
	void pre();//触发宝具被动
	void pos();//宝具被动结算
	void attack(Servant &defender,int k);//发动宝具k攻击敌方,k非法时退出
private:
	const std::string NAME;
	int HP,//血量
	    NP,//能量
	    ATK,//攻击力
	    DEF,//防御力
	    CLOCK;//记录人物时钟
	std::map<std::string,int> BUFF,DEBUFF;//Buff、DeBuff池
	std::vector<NoblePhantasm*> BAR;//装备栏
	Servant(const Servant&);//禁用拷贝构造函数
	Servant& operator=(const Servant&);//禁用赋值函数
};

NoblePhantasm.h

实现了一个宝具基类 NoblePhantasm,并派生了七种各有特色的宝具类,其特性见代码注释。

class NoblePhantasm//宝具基类
{
public:
	virtual std::string getName()=0;//纯虚函数,每件宝具都要有自己的名字
	virtual bool buy(Servant &user);//虚函数,装备宝具时的属性增益
	virtual bool sold(Servant &user);//虚函数,脱下宝具时的属性消减
	virtual bool act(Servant &attacker,Servant &defender);//虚函数,主动发动的技能
	virtual void pre(Servant &user) {} //虚函数,战斗前触发被动
	virtual void pos(Servant &user) {} //虚函数,战斗后被动结算
	virtual ~NoblePhantasm() {} //虚函数,析构函数需要用虚函数
};
class Excalibur:public NoblePhantasm
{
public:
	std::string getName();//誓约胜利之剑
	bool act(Servant &attacker,Servant &defender);//消耗自身所有NP并造成一定比例伤害
	void pre(Servant &user);//【远离尘世的理想乡】回复1点HP
};
class GateOfBabylon:public NoblePhantasm
{
public:
	std::string getName();//王之财宝
	bool buy(Servant &user);//无技能宝具,全属性加成30
	bool sold(Servant &user);
};
class LawAias:public NoblePhantasm
{
public:
	std::string getName();//炽天覆七重圆环
	void pre(Servant &user);//免疫低于7的伤害
	void pos(Servant &user);
private:
	int hp;//触发被动时记录血量,结算时伤害低于7则回复
};
class GodHand:public NoblePhantasm
{
public:
	GodHand():mp(0),last(0) {}
	std::string getName();//十二试炼
	void pos(Servant &user);//三回合充能一次,每层充能抵抗一点致命伤害,至多11层
private:
	int mp,last;//充能层数,前一次充能时间
};
class RuleBreaker:public NoblePhantasm
{
public:
	std::string getName();//万戒必破之符
	bool act(Servant &attacker,Servant &defender);//主动技能:造成伤害&消除增益效果
	void pre(Servant &user);//被动技能【高速神言】:NP恢复速度增加
};
class GaeBolg:public NoblePhantasm
{
public:
	std::string getName();//穿刺死棘之枪
	bool act(Servant &attacker,Servant &defender);//低NP消耗&&造成伤害&概率附加99点额外伤害
};
class GaeDeargBuidhe:public NoblePhantasm
{
public://【破魔】弱化防御;【必灭】弱化治疗
	std::string getName();//破魔红蔷薇&必灭黄蔷薇
	bool act(Servant &attacker,Servant &defender);//为对手附加Debuff【破魔】【必灭】之一
};