C/C++圣诞树①

写在前面

圣诞节将至，我总想用代码做点什么，来表达对这个温馨节日的敬意。于是，我决定用C语言在控制台中绘制一幅充满节日气氛的圣诞树画面。它不仅有闪烁的雪花、五彩的灯光，还有一颗颗精心雕琢的心形图案，仿佛把整个节日的喜悦都浓缩在了这一方小小的屏幕之中。

系列文章

技术需求

1. 控制台绘图基础

• 坐标定位：通过gotoxy函数实现字符在控制台中的精确定位，从而构建出图形的轮廓。
• 颜色控制：借助SetColor函数设置输出字符的颜色，增强视觉表现力，让圣诞树更加绚丽多彩。

2. 图形建模与数学逻辑

• 距离场函数：使用sdCircle等函数构建几何图形的距离场，实现复杂图形的数学建模，为圣诞树的层次结构提供基础。
• 递归绘制：通过递归调用f函数，模拟分形结构，使圣诞树呈现出自然的树枝分叉效果，增强真实感。

3. 动态效果实现

• 雪花生成：利用showsnow函数在随机位置绘制雪花，模拟飘雪场景，营造节日氛围。
• 帧率控制：通过主循环控制雪花的刷新频率，实现流畅的动态效果。

4. 界面优化与用户体验

• 窗口居中：获取屏幕分辨率并计算窗口位置，使控制台窗口自动居中显示，提升美观度。
• 字符编码设置：通过设置控制台编码为437，支持特殊字符的显示，如心形符号等。

5. 数据结构与算法应用

• 二维数组存储图案：使用二维字符数组love存储心形图案数据，便于按行按列逐字符绘制。
• 联合操作优化：通过opUnion函数合并多个图形的距离场，简化复杂图形的构建过程。

6. 系统级API调用

• 句柄操作：使用Windows API函数如GetStdHandle、SetConsoleTextAttribute等，实现对控制台属性的底层控制。
• 窗口位置调整：调用GetWindowRect和SetWindowPos函数，实现窗口的自动居中布局。

主要代码

创作不易，订阅后可查看完整代码

• 《Python趣味编程》
• 《C/C++趣味编程》
• 《HTML趣味编程》
• 《Java趣味编程》

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
#define PI 3.14159265359
#define T px+scale*r*cosf(theta),py+scale*r*sin(theta)
// 绘制圣诞树
char love[20][43] = {
"                                          ",
"              1111       1111 111         ",
"  11111111111111111      111  111         ",
"  1111   11   111       111  111          ",
"    111 1111  1111       111  1111111111  ",
"    1111 111 111       1111 111      111  ",
" 1111111111111111111   1111 111     111   ",
" 111111111111111111   11111111  111 111   ",
" 111   111     111  1111111111  111       ",
"   1   111      11      111     111       ",
"   111111111111111      111  111111111    ",
"      111               111  1111111111   ",
"     111                111 111 111 111   ",
"   11111111111111       1111111 111  111  ",
"   1111111  1111        111111  111  1111 ",
"  111   1111111         11111   111   1   ",
" 111     1111           111     111       ",
"     11111111111111     111   11111       ",
"   111111     11111     111   1111        ",
"                                          "
};
void gotoxy(int x, int y) {
    HANDLE hout = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    COORD pos = { x,y };
    SetConsoleCursorPosition(hout, pos);
}
void SetColor(int color) {
    if (color == 0)color = 0x04;
    HANDLE hCon = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    SetConsoleTextAttribute(hCon, color);
}
……

创作流程

当我开始构思这个圣诞树程序时，我的目标是用代码在控制台中还原出一个既真实又充满童趣的节日场景。我希望它不仅是一幅静态的画面，更是一个能让人感受到温暖与欢乐的动态世界。

首先，我确定了整体的视觉结构。圣诞树的主体部分是整个画面的核心，我决定采用数学建模的方式来构建它。通过查阅资料，我了解到可以使用距离场函数来描述图形的边界。于是，我编写了sdCircle函数来计算点到圆的距离，并通过opUnion函数将多个圆形合并，形成圣诞树的基本轮廓。为了让树看起来更自然，我引入了递归的思想，在f函数中模拟树枝的分叉生长，每递归一次，树枝的尺寸就缩小一些，角度也略有偏移，这样就形成了层次分明的树冠。

接下来，我着手处理圣诞树的装饰部分。我想要在树上点缀一些闪烁的灯光，于是我设计了随机颜色的输出机制。每当绘制一个点时，我会调用SetColor函数，传入一个随机生成的颜色值，这样每个光点都拥有独特的色彩。同时，我还加入了彩带元素，通过ribbon函数计算出彩带的位置，并用特定字符进行绘制，使圣诞树看起来更加华丽。

雪花是冬日里不可或缺的元素。为了让画面更具动感，我编写了showsnow函数，它会在控制台的随机位置绘制一个雪花字符，并赋予随机颜色。在主循环中，我不断调用这个函数，模拟雪花飘落的效果。为了控制雪花的数量和密度，我设置了一个循环计数器，确保雪花不会过于密集而影响观看。

心形图案是爱与温暖的象征。我将一个预先设计好的心形字符矩阵存储在二维数组love中，然后在程序的最后阶段，通过双重循环逐行逐列地将这个图案绘制到控制台的指定位置。为了让心形更加醒目，我特意为其中的“1”字符设置了高亮显示，而其他部分则用绿色背景进行衬托。

在程序的初始化阶段，我对控制台进行了多项设置。我调整了窗口的大小，使其能够完整地展示整个画面；通过获取屏幕分辨率并计算窗口位置，我让控制台窗口自动居中显示，提升了整体的美观度。我还设置了字符编码，确保特殊符号能够正常显示。

整个创作过程中，我不断调试参数，优化算法，力求在有限的控制台环境中呈现出最丰富的视觉效果。虽然没有华丽的图形库支持，但通过巧妙的字符排列和色彩搭配，我成功地在黑白世界中描绘出了一幅绚烂的节日画卷。当我看到屏幕上那棵闪烁着彩灯、飘洒着雪花的圣诞树时，心中充满了成就感。这不仅是一次编程实践，更是一场充满创意与温情的数字艺术创作。

写在后面

我是一只有趣的兔子，感谢你的喜欢！