astarz.cpp

高性能即时战略A*算法

/*===============================================================
  通用最短路径A*算法优化求解
  Common shortest path finding in A*

  作者 林伟 于2001年12月19日
  Written by Wei Lin On Dec.19 2001

  电子科技大学通讯工程学院20013080班
  Uestc Dept.1 - 20013080
 */

#ifndef _ASTAR_H_
#define _ASTAR_H_

// 从上面#ifndef开始到#endif结束是头文件内容
typedef unsigned long  ADWORD;

typedef short (*ATMoveAble)(ADWORD,ADWORD);
typedef short (*ATEstimate)(ADWORD,ADWORD);

class AstarWay
{
protected:
    struct TAstarNode
    {
        ADWORD Pos;         // 该点的坐标(16,16)的模式保存(y,x)
        long ActualCost;    // 保存从起点到该节点的实际开销
        long EstimateCost;  // 保存此点的估价开销
        long SumCost;       // 上面两者之和
        long Index;         // 从源点开始的递增序号
        TAstarNode *Father; // 此点的父节点
        TAstarNode *Prev;   // 在Open或者Next中的上一个节点
        TAstarNode *Next;   // 在Open或者Next链表中的下一个节点
        long Modified;      // 该节点是否被修改过，记录而备清除1空,2 Open,4 Close
    };
    TAstarNode **Node;      // 对应地图中每个节点
    TAstarNode *Open;       // 保存没有处理的按估计值排序的节点
    TAstarNode **Modify;    // 保存修改过的节点
    int height;             // 地图的高度
    int width;              // 地图的宽度
    ADWORD MaxSize;            // 最大面积即height*width
    ADWORD ModifyPoint;        // Modify数组的指针
    ADWORD OpenCount;          // Open队列中的节点数目
    ADWORD CloseCount;         // Close队列里面的节点数目
    ADWORD OpenLimited;        // Open队列最多节点数目
    ADWORD CloseLimited;       // Close队列最多节点数目
    short DirMask;             // 要搜索方向的标志，0-7位为从上开始顺时针七个方向
    ADWORD MinPos;             // 终点或最接近终点的节点
    short TargetX;             // 终点坐标
    short TargetY;            
    short (*MoveAble)(ADWORD PosTo,ADWORD PosSrc); // 检查地图是否可以移动函数指针
    short (*Estimate)(ADWORD PosAt,ADWORD PosTag); // 取得估计值的函数指针
    char AddOpenHeap(TAstarNode *node);            // 将节点排序加入Open队列
    char PopOpenHeap(TAstarNode **node);           // 从Open队列取出最小的并放入Close队列
    char PopCloseStack();                          // 取出Close队列中的节点
    void ClearModified();                          // 清除所有搜索记录
    char TryTile(short x,short y,TAstarNode *Father,char FromDir);
public:
    int Create(int map_w,int map_h,ATMoveAble FunMove,ATEstimate FunEsmt);
    int Release();
    virtual int FindPath(short startx,short starty,short endx,short endy);
    int GetPosPath(short *PosXY,int maxpos);
    int GetDirPath(char *Dirs,int maxpos);

    void SetEstimate(ATEstimate Fun);
    void SetMapCheck(ATMoveAble Fun);
    void SetOpenLimited(long OpenLimited);
    void SetCloseLimited(long CloseLimited);
    void SetDirMask(long DirMask);
};

#endif


#include <stdio.h>

#define COST_MAX 30000
#define tile_pos(x,y) (((ADWORD)y<<16)|x)
#define tile_x(pos)   (pos&0xffff)
#define tile_y(pos)   (pos>>16)


// 待处理节点入队列, 依靠对目的地估价距离插入排序
char AstarWay::AddOpenHeap(TAstarNode *node)
{
    ADWORD i;
    short f=node->SumCost;
    register TAstarNode *p,*b;
    node->Modified|=2;    // 记录Open标志
    for (b=NULL,p=Open,i=0;p&&i<=OpenCount;b=p,p=p->Next,i++) 
        if (f<=p->SumCost) break;
    if (i>OpenCount) return -2;
    node->Next=p;
    node->Prev=b;
    if (b) b->Next=node;
    else Open=node;
    if (p) p->Prev=node;
	OpenCount++;
    return 0;
}
// 将离目的地估计最近的方案出队列
char AstarWay::PopOpenHeap(TAstarNode **node)
{
    TAstarNode *BestChoice=Open;
    if (node) *node = BestChoice;
    if (!Open) return -1;
    Open=Open->Next;
    if (Open) Open->Prev=NULL;
    if (BestChoice->Modified&4) return -2; // 已经在Close中了
    BestChoice->Prev=NULL;
    BestChoice->Modified&=5;    // 清除Open标志
    BestChoice->Modified|=4;    // 设置Close标志
    OpenCount--;
    CloseCount++;
    return 0;
}

// 还原修改过的所有节点
void AstarWay::ClearModified()
{
    ADWORD i;
    for (i=0;i<ModifyPoint;i++) {
        Modify[i]->Modified=0;
        Modify[i]->Index=0;
        Modify[i]->ActualCost=COST_MAX;
    }
    ModifyPoint=0;
    OpenCount=0;
    CloseCount=0;
    Open=NULL;
    //Close=NULL;
}
// 尝试下一步移动到 x,y 可行否
char AstarWay::TryTile(short x,short y,TAstarNode *Father,char FromDir)
{
    static int DirCost[9] = { 0, 10, 14, 10, 14, 10, 14, 10, 14 };
    register TAstarNode *node;
    short ActualCost;

    if (!MoveAble(tile_pos(x,y),Father->Pos)) return 1;    // 如果地图无法通过则退出
    node=&Node[y][x];
    ActualCost=Father->ActualCost+DirCost[FromDir];        // 实际值计算
    if (ActualCost>=node->ActualCost) return 1;
    if (node->Modified&2)                    // 在Open表中就清除
    {
        if (node->Next) node->Next->Prev=node->Prev;    
        if (node->Prev) node->Prev->Next=node->Next;
        else Open=node->Next;
        OpenCount--;
    }    else if (node->Modified&4) {        // 在Close表中就清除
        node->Modified=1;
        CloseCount--;
    }    else {								// 不在Open也不在Clsoe
        if (!(node->Modified&1)) Modify[ModifyPoint++]=node; // 记录这个修改过的点以还原
        node->EstimateCost=Estimate(tile_pos(x,y),tile_pos(TargetX,TargetY));
    }
    node->Modified=1;
    node->Father=Father;
    node->ActualCost=ActualCost;
    node->SumCost=ActualCost+node->EstimateCost;
    node->Index=Father->Index+1;
    AddOpenHeap(node);            // 将节点加入Open队列
    return 0;
}
// 路径寻找主函数
int AstarWay::FindPath(short startx,short starty,short endx,short endy)
{
    TAstarNode *root;
    int j,ok;
    short x,y;
    ADWORD max=0;
    short MinJudge;

    if (!Node||!Modify) return -1;
    ClearModified();
    root=&Node[starty][startx];
    root->ActualCost=0;
    root->EstimateCost=Estimate(tile_pos(startx,starty),tile_pos(endx,endy));
    root->SumCost=root->EstimateCost;
    root->Index=0;
    root->Father=NULL; 
    root->Modified=1;
    Modify[ModifyPoint++]=root;
    AddOpenHeap(root);
    MinPos=tile_pos(startx,starty);
    MinJudge=root->EstimateCost;
    TargetX=endx;
    TargetY=endy;
    for (ok=0;ok==0;)
    {
        ok=PopOpenHeap(&root);         // 取出Open队列估价值最小的节点放入Close中
        if (ok||root==NULL) { ok=-1; break; }
        x=(short)tile_x(root->Pos);
        y=(short)tile_y(root->Pos);
        if (root->EstimateCost<MinJudge)    // 找到一个估计离终点最近的点
            MinJudge=root->EstimateCost, MinPos=root->Pos;
        if (CloseCount>max) max=CloseCount;
        if (x==endx&&y==endy) MinPos=root->Pos,ok=1;    // 如果走到终点了
        else {
            j=1;
            if (DirMask&1) j&=TryTile(x,y-1,root,1);
            if (DirMask&2) j&=TryTile(x+1,y-1,root,2);
            if (DirMask&4) j&=TryTile(x+1,y,root,3);
            if (DirMask&8) j&=TryTile(x+1,y+1,root,4);
            if (DirMask&16) j&=TryTile(x,y+1,root,5);
            if (DirMask&32) j&=TryTile(x-1,y+1,root,6);
            if (DirMask&64) j&=TryTile(x-1,y,root,7);
            if (DirMask&128) j&=TryTile(x-1,y-1,root,8);
            if (j) root->Modified &= 3, CloseCount--;   // 如果不是通路则从Close中取出			
        }
        if (OpenCount>=OpenLimited||CloseCount>=CloseLimited) ok=2;
    }
    if (ok<0) return -2;
    return 0;
}
int AstarWay::GetPosPath(short *PosXY,int maxpos)
{
    short x,y;
    ADWORD j;
    TAstarNode *p,*s;
    int i;
    if (maxpos>1) maxpos--;
    for (p=&Node[tile_y(MinPos)][tile_x(MinPos)],s=p,j=0;p&&j<MaxSize;p=p->Father,j++)
    {