turtle（海龟作图），C++版「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

海龟作图

引言

turtle来源

Logo的原型来自另一个计算机语言LISP，派普特修改了LISP的语法使其更易于阅读。Logo常被称作没有括号的Lisp。

Logo是一种解释型语言，和其他语言不同的是，它内置一套海龟绘图（Turtle Graphics）系统，通过向海龟发送命令，用户可以直观地学习程序的运行过程，因此很适于儿童学习。它亦适合用作数学教学。

海龟绘图使得Logo用户可以通过简单的编程创作出丰富多彩的视觉效果或图案。假想一只带着画笔的海龟可以接受简单的命令，例如向前走100步，或者左转30度。通过对这只海龟发送命令，可以让它绘制出较为复杂的图形，例如正方形，三角形，圆等。

海龟的移动相对于它本身所在的位置。例如，命令”左90″意味着让海龟左转90度，学生可以站在海龟的角度来思考它将如何执行命令，这使得程序设计更加形象化，也更易于理解。
来自：wiki
https://zh.wikipedia.org/wiki/Logo_(%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E8%AF%AD%E8%A8%80)
python上直接有turtle的接口，而C++的turtle暂时还没有一个人官方的库。所以本次任务就是做一个初步的turtle接口

本次实现的功能

(1)设置海龟类型的基本操作为:
void StartTurtleGraphics()
//显示作图窗口，并在窗口内写出本人的姓名。
void StartTurtle()
//令海龟处于作图的初始状态。即显示作图窗口，并将海龟定位在窗口正中；
//置画笔状态为落笔、龟头朝向为0度（正东方向）
void PenUp()
//改变画笔状态为抬笔·从此时起，海龟移动将不在屏幕上作图。
void PenDown()
//改变画笔状态为落笔。从此时起，海龟移动将在屏幕上作图。
int TurtleHeading()
//返回海龟头当前朝向的角度。
aPoint * TurtlePos()
//返回海龟的当前位置。
void Move(intsteps)
//依照海龟头的当前朝向，向前移动海龟steps步．
void Turn(intdegrees)
//改变海龟头的当前朝向，逆时针旋转degrees度。
void MoveTTo(aPoint newPos)
//将海龟移动到新的位置newPos。如果是落笔状态，则同时作图。
void TurnTTo(float angle)
//改变海龟头的当前朝向为，从正东方向起的angle度。
void SetTurtleColor(intcolor)
设置海龟画笔的颜色为color
完成这些功能的建立，即可做出一个初步的turtle框架

具体实现

turtle.h

#pragma once
#include <graphics.h>
#include <iostream>
#include <conio.h>
#include <cstdio>
#include <string>
#include <easyx.h>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
#include <graphics.h>
using namespace std;
#define UP 0
#define DOWN 1
#define PI 3.14159
typedef int penState;        //取值UP或DOWN
typedef struct { 
    float x, y; } aPoint; //位置
typedef struct { 
   
	double heading;	//海龟头方向
	penState pen; //画笔状态
    int color;	//画笔当前颜色
	aPoint Pos; //海龟当前位置
} newTurtle;
class turtle { 
   
	public:
		//复制turtle类中的数据到另一个类中
		void copy(turtle& C);


		//显示作图窗口，并在窗口内写出本人的姓名。
		void StartTurtleGraphics();
		//令海龟处于作图的初始状态。即显示作图窗口，并将海龟定位在窗口正中；
		//置画笔状态为落笔、龟头朝向为0度（正东方向）
		void StartTurtle();
		//改变画笔状态为抬笔·从此时起，海龟移动将不在屏幕上作图。
		void PenUp();
		//改变画笔状态为落笔。从此时起，海龟移动将在屏幕上作图。
		void PenDown();
		//返回海龟头当前朝向的角度。
		int TurtleHeading();
		//返回海龟的当前位置。
		aPoint* TurtlePos();
		//依照海龟头的当前朝向，向前移动海龟steps步．
		void Move(int steps);
		//改变海龟头的当前朝向，逆时针旋转degrees度。
		void Turn(double degrees);
		//将海龟移动到新的位置newPos。如果是落笔状态，则同时作图。
		void MoveTTo(aPoint newPos);
		//改变海龟头的当前朝向为，从正东方向起的angle度。
		void TurnTTo(double angle);
		//设置海龟画笔的颜色为color
		void SetTurtleColor(int color);
	private:	
		newTurtle A;
};

turtle.cpp

#include "turtle.h"
//显示作图窗口，并在窗口内写出本人的姓名。
void turtle::StartTurtleGraphics() { 

initgraph(880, 640);
wchar_t a[]= L"输入你的姓名: ";
outtext(a);
wchar_t s[10];
wcin >> s;
outtext(s);
}
//令海龟处于作图的初始状态。即显示作图窗口，并将海龟定位在窗口正中；
//置画笔状态为落笔、龟头朝向为0度（正东方向）
void turtle::StartTurtle() { 

A.Pos.x = 440;
A.Pos.y = 320;
A.pen = DOWN;
A.heading = 0;
}
//改变画笔状态为抬笔·从此时起，海龟移动将不在屏幕上作图。
void turtle::PenUp() { 

A.pen = UP;
}
//改变画笔状态为落笔。从此时起，海龟移动将在屏幕上作图。
void turtle::PenDown() { 

A.pen = DOWN;
}
//返回海龟头当前朝向的角度。
int turtle::TurtleHeading() { 

return A.heading;
}
//返回海龟的当前位置。
aPoint* turtle::TurtlePos() { 

aPoint* apt = new(aPoint);
apt->x = A.Pos.x;
apt->y = A.Pos.y;
return apt;
}
//依照海龟头的当前朝向，向前移动海龟steps步．
void turtle::Move(int steps) { 

double x1=A.Pos.x;
double y1=A.Pos.y;
A.Pos.x = x1 + steps * cos((A.heading / 360) * 2 * PI);
A.Pos.y = y1 + steps * (-1) * sin((A.heading / 360) * 2 * PI);
}
//改变海龟头的当前朝向，逆时针旋转degrees度。
void turtle::Turn(double degrees) { 

A.heading += degrees;
while (A.heading > 0) { 

A.heading -= 360;
}
}
//将海龟移动到新的位置newPos。如果是落笔状态，则同时作图。
void turtle::MoveTTo(aPoint newPos) { 

if (A.pen == UP) { 

A.Pos.x = newPos.x;
A.Pos.y = newPos.y;
}
else if (A.pen == DOWN) { 

double x1 = A.Pos.x;
double y1 = A.Pos.y;
A.Pos.x = newPos.x;
A.Pos.y = newPos.y;
line(x1, y1, A.Pos.x, A.Pos.y);
}
}
//改变海龟头的当前朝向为，从正东方向起的angle度。
void turtle::TurnTTo(double angle) { 

A.heading = angle;
}
//设置海龟画笔的颜色为color
void turtle::SetTurtleColor(int color) { 

setlinecolor(color);
}
void turtle::copy(turtle& C) { 

A.color = C.A.color;
A.heading = C.A.heading;
A.pen = C.A.pen;
A.Pos.x = C.A.Pos.x;
A.Pos.y = C.A.Pos.y;
}

test.cpp

#include "turtle.h"
//自行指定线段（的长度）、矩形（的长度和宽度）及圆（的半径）等参数。
//画线
turtle B;
void drawline(double length) { 

turtle C;
C.copy(B);
C.Move(length);
aPoint* newpos_1;
newpos_1 = C.TurtlePos();
aPoint newpos_2;
newpos_2.x = newpos_1->x;
newpos_2.y = newpos_1->y;
B.MoveTTo(newpos_2);
}
//以乌龟当前点出发，调用drawline(),画矩形
void drawtangle(double length,double width) { 

for (int i = 0; i < 2; i++) { 

drawline(length);
B.Turn(90);
drawline(width);
B.Turn(90);
}
}
//以乌龟当前点出发，调用drawline(),画圆
//由于圆形只能不断逼近，所以本次采用180次分割，使肉眼见图形为圆形
//将圆分成180份，运用三角函数计算每一段的段长为2*sin(1)*r
//待优化,由于是使用line函数直接画线逼近圆，所以当半径较大时需要调整分割次数以使圆形较为圆润
//而这需要一个度量标准,即当半径多大时分割次数为多少
//还有一点问题就是当分割次数过大时，sin过小，math提供的sin函数无法满足计算
//所以画圆最为理想的解法应该为画点来做圆
void drawcircle(double r) { 

double k = 2 * sin((1.0 / 360)*2.0*PI) * r;
cout << k << endl;
for (int i = 0; i < 180; i++) { 

drawline(k);
B.Turn(2);
}
}
//test函数，试验海龟作图及相关函数是否正确
int main() { 

B.StartTurtleGraphics();
B.StartTurtle();
B.PenUp();
B.SetTurtleColor(YELLOW);
B.PenDown();
drawline(200);
B.Turn(30);
drawtangle(100, 100);
drawcircle(200);
aPoint pos;
pos.x = 440;
pos.y = 320;
B.MoveTTo(pos);
drawcircle(200);
drawtangle(100, 100);
B.PenUp();
drawtangle(100, 100);
while (!_kbhit()) { 

;
}
closegraph();					// 关闭绘图窗口
return 0;
}

待优化,由于是使用line函数直接画线逼近圆，所以当半径较大时需要调整分割次数以使圆形较为圆润,而这需要一个度量标准,即当半径多大时分割次数为多少。
还有一点问题就是当分割次数过大时，sin过小，math提供的sin函数无法满足计算。所以画圆最为理想的解法应该为画点来做圆，感兴趣的话可以自己尝试一下用点法画圆

画圆算法(Bresenham + 中点)

文末

这个turtle框架还是很粗糙的，仅供参考，希望可以给一些萌新们一些思路上的启发。如果有什么疑问，可以在讨论区讨论。
另：如果有兴趣的话可以阅读python turtle模板，写一个自己的功能强大的C++ turtle。
github上关于各种语言的turtle有很多，感兴趣的话可以下载学习。

最后

相信很多看到这个blog的都是为了写作业。我就是为了写作业才开始了解turtle的，但是搜了很多blog都没有满意的，所以就干脆自己写一个。不要谢哦！！

没有将这篇文传到下载区，我简直就是良心创作者/dog.
不要吝惜一键三连，喝水不忘挖井人嘛！