こんにちは。プログラマーの尾関です。
今回は2次元配列を管理する便利なクラスを紹介します。
2次元配列は昔ながらのゲームを作る時、よく使われます。
例えば、パズルゲームの盤面やダンジョンRPGのマップなどです。
このように、オブジェクトの情報がグリッド(格子状)に配置されるゲームの場合、情報を2次元配列にすると管理しやすいです。ただ、通常はこれを直接参照するのは危険なので、領域外アクセスのチェック処理を挟みます。
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// マップ情報から値の取得 int Map::Get(int x, int y) { if(x < 0 || mWidth <= x) { // 領域外 return -1; } if(y < 0 || mHeight <= y) { // 領域外 return -1; } // 値を取得 return mData[x][y]; } |
とはいえ、2次元配列を定義するたびに、このようなチェック処理を毎回書くのは面倒なので、私はArray2Dという自作の便利クラスを使っています。
■Array2D.h
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// Array2D.h #ifndef ___ARRAY2D_H__ #define ___ARRAY2D_H__ #include <stdio.h> #include <string.h> /** * 2次元配列管理クラス */ class Array2D { public: // ForEach関数用の関数ポインタ (X座標, Y座標, 値) typedef void (*FP_FOREACH)(int x, int y, int v); // ForEach2関数用の関数ポインタ (インデックス座標, 値) typedef void (*FP_FOREACH2)(int idx, int v); // 領域外を参照したときの値 (SetOutOfRangeで変更可能) enum { OUT_OF_RANGE = -1 }; // コンストラクタ Array2D(int w=0, int h=0) { mWidth = 0; mHeight = 0; mpData = NULL; mOutOfRange = OUT_OF_RANGE; if(w > 0 && h > 0) { Create(w, h); } } // コピーするコンストラクタ Array2D(Array2D* pSrc) { mWidth = 0; mHeight = 0; mpData = NULL; mOutOfRange = OUT_OF_RANGE; Copy(pSrc); } // デストラクタ ~Array2D() { Destroy(); } // 生成 void Create(int w, int h) { Destroy(); mWidth = w; mHeight = h; mOutOfRange = OUT_OF_RANGE; mpData = new int[Length()]; // 0で初期化 memset(mpData, 0, sizeof(int) * Length()); } // 破棄 void Destroy() { if(mpData) { delete[] mpData; mpData = NULL; } mWidth = 0; mHeight = 0; } // ■プロパティ int Width() { return mWidth; } int Height() { return mHeight; } int Length() { return mWidth * mHeight; } // ■値の取得・操作 // コピー void Copy(Array2D* pSrc); // 指定の2次元配列にコピーする void CopyTo(Array2D* pDst); // 値の取得 int Get(int x, int y); int GetFromIdx(int idx); // 値の設定 bool Set(int x, int y, int v); bool SetFromIdx(int idx, int v); // 有効な座標かどうかをチェックする bool Check(int x, int y); bool CheckIdx(int Idx); // 領域外参照時の値を変更 void SetOutOfRange(int v); // ■座標変換系 // 一次元のインデックス(x + y*Width)に変換する int ToIdx(int x, int y); // 一次元のインデックスをX座標に変換する int IdxToX(int idx); // 一次元のインデックスをY座標に変換する int IdxToY(int idx); // ■検索系 // 指定の値が最初に存在する座標(インデックス)を返す (見つからなかったら「-1」） int Search(int v); // 指定の値の数をカウントする int Count(int v); // 指定の値ですべて埋める void Fill(int v); // 値を入れ替える void Swap(int x1, int y1, int x2, int y2); // 関数ポインタで全要素を走査します(XY座標) void ForEach(FP_FOREACH fp); // 関数ポインタで全要素を走査します(インデックス版) void ForEach2(FP_FOREACH2 fp); // ■デバッグ // デバッグ出力する void Dump(); private: int* mpData; // 配列データ int mWidth; // 幅 int mHeight; // 高さ int mOutOfRange; // 領域外を参照したときに返す値 }; #endif // #ifndef ___ARRAY2D_H__ |
■Array2D.cpp
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// Array2D.cpp #include "Array2D.h" // コピー void Array2D::Copy(Array2D* pSrc) { const int w = pSrc->Width(); const int h = pSrc->Height(); if(mpData == NULL) { // バッファがないので作る Create(w, h); } else if(Width() != w || Height() != h) { // 作り直し Create(w, h); } // コピー memcpy(mpData, pSrc->mpData, (w*h)*sizeof(int)); } // 指定の2次元配列にコピーする void Array2D::CopyTo(Array2D* pDst) { pDst->Copy(this); } // 値の取得 int Array2D::Get(int x, int y) { if(Check(x, y) == false) { // 領域外 return mOutOfRange; } int idx = ToIdx(x, y); return mpData[idx]; } // 値の取得(Index指定) int Array2D::GetFromIdx(int idx) { if(CheckIdx(idx) == false) { // 領域外 return mOutOfRange; } return mpData[idx]; } // 値の設定 bool Array2D::Set(int x, int y, int v) { if(Check(x, y) == false) { // 領域外なので設定できない return false; } int idx = ToIdx(x, y); mpData[idx] = v; return true; } // 値の設定(Index指定) bool Array2D::SetFromIdx(int idx, int v) { if(CheckIdx(idx) == false) { // 領域外なので設定できない return false; } mpData[idx] = v; return true; } // 有効な座標かどうかをチェックする bool Array2D::Check(int x, int y) { if(x < 0 || mWidth <= x) { // 領域外 return false; } if(y < 0 || mHeight <= y) { // 領域外 return false; } // 領域内 return true; } // 有効な座標かどうかをチェックする(Index指定) bool Array2D::CheckIdx(int Idx) { if(Idx < 0 || Length() <= Idx) { // 領域外 return false; } // 領域内 return true; } // 領域外参照時の値を変更 void Array2D::SetOutOfRange(int v) { mOutOfRange = v; } // 一次元のインデックス(x + y*Width)に変換する int Array2D::ToIdx(int x, int y) { return x + y*mWidth; } // 一次元のインデックスをX座標に変換する int Array2D::IdxToX(int idx) { return idx % mWidth; } // 一次元のインデックスをY座標に変換する int Array2D::IdxToY(int idx) { return idx / mWidth; } // 指定の値が最初に存在する座標(インデックス)を返す int Array2D::Search(int v) { for(int idx = 0; idx < Length(); idx++) { if(mpData[idx] == v) { // 見つかった return idx; } } // 見つからなかった return -1; } // 指定の値の数をカウントする int Array2D::Count(int v) { int count = 0; for(int idx = 0; idx < Length(); idx++) { if(mpData[idx] == v) { // 見つかった count++; } } return count; } // 指定の値ですべて埋める void Array2D::Fill(int v) { int length = Length(); for(int idx = 0; idx < length; idx++) { mpData[idx] = v; } } // 値を入れ替える void Array2D::Swap(int x1, int y1, int x2, int y2) { if(Check(x1, y1) == false) { return; } if(Check(x2, y2) == false) { return; } int a = Get(x1, y1); int b = Get(x2, y2); Set(x1, y1, b); Set(x2, y2, a); } // 関数ポインタで全要素を走査します void Array2D::ForEach(FP_FOREACH fp) { for(int j = 0; j < mHeight; j++) { for(int i = 0; i < mWidth; i++) { int idx = ToIdx(i, j); fp(i, j, mpData[idx]); } } } // 関数ポインタで全要素を走査します void Array2D::ForEach2(FP_FOREACH2 fp) { int length = mWidth * mHeight; for(int idx = 0; idx < length; idx++) { fp(idx, mpData[idx]); } } // デバッグ出力する void Array2D::Dump() { printf("<Array2D> (w,h)=(%d,%d)\n", mWidth, mHeight); for(int j = 0; j < mHeight; j++) { for(int i = 0; i < mWidth; i++) { if(i == 0) { printf("%d", Get(i, j)); } else { printf(",%d", Get(i, j)); } } printf("\n"); } } |
もともとこのクラスは私が趣味でゲームを作るときに使っていたものですが、社内でパズルゲームを作るときに「これを使うと便利だよ」とこのコードを渡したら、意外に評判が良かったので、それなりに使いやすいのでは……、と思っています。
使い方の例は以下のとおりです。
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// 4x4の2次元配列を作成 Array2D array(4, 4); array.Set(0, 1, 3); // (0, 1)に 3 を設定 array.Set(2, 2, 5); // (2, 2)に 5 を設定 array.Set(3, 0, 7); // (3, 0)に 7 を設定 array.Set(1, 3, 9); // (1, 3)に 9 を設定 |
Array2D::Set() 関数では、XY座標を指定し、3番目の引数に設定する値を指定します。
値の取得は Array2D::Get() 関数を使用します。
設定されている値をデバッグ出力して確認する場合は、Array2D.Dump() を使います。
■出力結果
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(w,h)=(4,4) 0,0,0,7 3,0,0,0 0,0,5,0 0,9,0,0 |
視覚的にわかりやすいので、この出力機能もなかなか便利だと思います（自画自賛）
あと、すべての値に対して何らかの処理を行う場合には、Array2D::ForEach() を使うと、関数ポインタを渡してまとめて処理をすることもできます。
C++11が使える環境であれば、ラムダ式を渡せます。
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array.ForEach([](int x, int y, int v) { if(v > 0) { // 0より大きい値が設定されている座標を出力 printf("(%d,%d) = %d\n", x, y, v); } }); |
forループを書く必要がないので、簡潔な記述になりますね。
また、このクラスでは、XY座標系とは別にインデックス座標系を用意しています。
インデックス座標系とは、私の造語ですが、通し番号で各要素にアクセスするためのものです。
このインデックス座標系は一見、不要に思えるのですが(XY座標系の方が直感的なため)、実際に配置するオブジェクト情報を1次元配列で管理する際に、相互に連携するためのキーとして使うことがあります。
例えば、マップの配置情報はこのArray2Dで管理し、実際に配置するマップチップモデルは1次元配列で管理する、などです。
他にもゲームで使うと便利な関数も用意しています。
- Array2D::Count(int v) : vに一致する値の存在数をカウントする → 配置したコインをすべて回収したかどうかの判定など
- Array2D::Fill(int v) : vに指定した値をすべての要素に設定する → 0以外で初期化したい場合に使う
- Array2D::Swap(int x1, int y1, int x2, int y2) : 値を交換する → 「パネルでポン」のようなブロックを交換するゲームで使う
ということで、2次元配列を便利に扱えるクラスの紹介でした。
なお、今回紹介したコードは自由に使っていただいて構いませんが、運用した結果については保証いたしませんので、各自の責任で利用をお願いします。
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