[C++] ライフゲームを実装する

C++でライフゲームを実装する

お勉強のためC++でライフゲームを実装してみます。

ルールや実行イメージは以下のページのシミュレータで確認できます。

• ライフゲーム – Algoful

ライフゲームとは

ライフゲームとは、４つのルールから生命の誕生や進化、淘汰をシミュレーションできるゲームです。ライフゲームを観察することで、いくつかのパターンを見つけたりすることができます。

セル(細胞)が2次元の格子状に配置されていて、各セルには8つの近傍のセルがあります。セルは生きた状態と死んだ状態のいずれかです。

以下の4つのルールで次世代のセルの状態が決められます。

• 誕生：死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。
• 生存：生きているセルに隣接する生きたセルが2つか3つならば、次の世代でも生存する。
• 過疎：生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎により死滅する。
• 過密：生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密により死滅する。

ということで実装します。

実装コード

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
using namespace std;

struct LifeGame {
  vector<vector<bool>> data;
  vector<vector<bool>> next;
  int width;
  int height;

  LifeGame(int w, int h) {
    width = w;
    height = h;
    data = vector<vector<bool>>(height, vector<bool>(width, 0));
  }

 public:
  void start() {
    display();
    while (true) {
      // 0.5秒待
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));

      // 状態の更新
      update();

      // 描画
      display();
    }
  }

 private:
  void update() {
    // 次世代の状態
    next = vector<vector<bool>>(height, vector<bool>(width, 0));

    for (int y = 0; y < height; y++) {
      for (int x = 0; x < width; x++) {
        // 現在のセルの状態
        bool currentStatus = data[y][x];

        // 周囲8マスに存在する生きたセルの数
        int activeCellCount = getCount(x, y);

        // 誕生：死んでいるセルに隣接する生きたセルがちょうど3つあれば、次の世代が誕生する。
        if (!currentStatus && activeCellCount == 3) next[y][x] = true;

        // 生存：生きているセルに隣接する生きたセルが2つか3つならば、次の世代でも生存する。
        if (currentStatus && (activeCellCount == 2 || activeCellCount == 3)) {
          next[y][x] = true;
        }

        // 過疎：生きているセルに隣接する生きたセルが1つ以下ならば、過疎により死滅する。
        // 過密：生きているセルに隣接する生きたセルが4つ以上ならば、過密により死滅する。
        if (currentStatus && (activeCellCount <= 1 && activeCellCount >= 4)) {
          next[y][x] = false;
        }
      }
    }

    // 次世代に更新する
    data = next;
  }

  int getCount(int x, int y) {
    int count = 0;

    // 8つの近傍セルをループして生きたセルを数える
    for (auto &&dx : {-1, 0, 1}) {
      for (auto &&dy : {-1, 0, 1}) {
        // 自身を無視
        if (dx == 0 && dy == 0) continue;

        // 範囲外の判定
        int nx = x + dx;
        int ny = y + dy;
        if (nx < 0 || nx >= width) continue;
        if (ny < 0 || ny >= height) continue;

        // 生きたセルを数える
        count += data[ny][nx] ? 1 : 0;
      }
    }

    return count;
  }

  void display() {
    std::system("cls");
    for (int y = 0; y < height; y++) {
      for (int x = 0; x < width; x++) {
        if (data[y][x]) {
          cout << "■";
        } else {
          cout << "□";
        }
      }
      cout << endl;
    }
  }
};

int main() {
  LifeGame game(20, 15);

  // テストデータ(ヒキガエル)
  game.data[3][3] = true;
  game.data[3][4] = true;
  game.data[3][5] = true;
  game.data[4][4] = true;
  game.data[4][5] = true;
  game.data[4][6] = true;

  // テストデータ(ブリンカー)
  game.data[10][10] = true;
  game.data[11][10] = true;
  game.data[12][10] = true;

  // 開始
  game.start();
  return 0;
}

実行結果

実行したらこんな感じで動きます。

とりあえず動いていそうです。

以上。

参考URL

• ライフゲーム – Algoful
• ライフゲーム – Wikipedia